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热等离子体裂解天然气制乙炔的数值模拟与实验研究

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热等离子体裂解天然气制乙炔的数值模拟与实验研究

作者：李娟四川大学

学位级别：硕士

本文报道热等离子体射流裂解天然气制乙炔过程的研究结果。用工作气体(氮、氩、氢等)放电起弧形成高速喷射的等离子体射流,将天然气导入此高温环境,天然气的甲烷成分在此无氧、高温、常压环境中被脱氢偶联,生成含乙炔的裂解气,经后续工... 详细信息

本文报道热等离子体射流裂解天然气制乙炔过程的研究结果。用工作气体(氮、氩、氢等)放电起弧形成高速喷射的等离子体射流,将天然气导入此高温环境,天然气的甲烷成分在此无氧、高温、常压环境中被脱氢偶联,生成含乙炔的裂解气,经后续工序处理得到目标产品乙炔。这是一种全新的方法。它与电石水解制乙炔工艺法相比毫无共同之处;与天然气部分氧化法相比,使用的热源有本质的不同;与电弧裂解法相比,能形成更适合天然气裂解的高温环境,获得更高的单程收率。全文共分4个部分:文章的第一部分对本课题的背景和研究现状做了综述。文章首先对天然气资源、天然气工业的概况和天然气乙炔工业的光明前景做了简述,并对乙炔的各种生产方法进行了比较,比较结果表明等离子体射流法是一种有发展前景的工艺;随后着重介绍了等离子体射流法裂解天然气制乙炔的实验研究进展和热等离子体反应器传热和流动的数值模拟研究现状;指出此工艺工业化方面还存在的不足之处,提出系统研究等离子体反应器流动和传热特性的必要性,为后续工作的开展做了细致的文献分析。文章的第二部分以计算机模拟为主要研究手段,较为系统地研究了侧向双孔漏斗型绝热反应器中流体的流动和传热的三维数值特性,考察了反应器内流体的流动速率、温度分布以及反应物与等离子体射

关键词：热等离子体天然气裂解乙炔数值模拟

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热等离子体雾态气化制备薄膜技术

硅酸盐通报 2004年第3期23卷 45-49页

作者：宫华黄晖汪敏强姚熹长安大学材料工程系西安710054 西安交通大学电子陶瓷与器件教育部重点实验室西安710049

热等离子体雾态气化制备薄膜技术(mist plasma evaporation,MPE)以液态源物质溶液为先体,采用超声雾化将先体溶液雾化为细小液滴,用载气将雾化液滴输运到射频感应热等离子体中,利用热等离子体的超高温,将液滴中的源物质彻底气化和分解... 详细信息

热等离子体雾态气化制备薄膜技术(mist plasma evaporation,MPE)以液态源物质溶液为先体,采用超声雾化将先体溶液雾化为细小液滴,用载气将雾化液滴输运到射频感应热等离子体中,利用热等离子体的超高温,将液滴中的源物质彻底气化和分解为其组分粒子,通过气相输运,最终在基片上沉积薄膜。MPE制备薄膜技术采用单一先体溶液,源物质来源广泛,沉积速率快,不需后续热处理。本文介绍了MPE制备薄膜技术原理及工艺,综述了近年来在制备薄膜方面的研究进展。

关键词：热等离子体雾态气化制备薄膜超声雾化

热等离子体技术销毁日本遗弃化武红弹装填物研究

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安全与环境学报 2006年第6期6卷 84-87页

作者：胡真刘初平束富荣李战国闫学峰防化研究院第六研究所北京102205 第二十九试验基地五所四川绵阳621000 防化研究院环境科学与工程研究室北京102205

针对二战期间日本侵略军在我国遗弃的大量化学武器的危害性,进行了热等离子体技术销毁含砷毒剂的实验,旨在为评价日本遗弃化武的销毁技术选择提供技术支持。所采用的热等离子体处理固体废弃物的实验装置主要由等离子体发生器、等离子体... 详细信息

针对二战期间日本侵略军在我国遗弃的大量化学武器的危害性,进行了热等离子体技术销毁含砷毒剂的实验,旨在为评价日本遗弃化武的销毁技术选择提供技术支持。所采用的热等离子体处理固体废弃物的实验装置主要由等离子体发生器、等离子体旋转炉、二次燃烧炉、冷却器、文丘里喷淋塔和洗涤喷淋塔等设备组成。利用该装置对日本遗弃化武红弹和红筒装填物二苯氰砷和二苯氯砷进行了销毁实验,并用GC-MS法对销毁产物进行分析。结果显示,经处理后未检测出二苯氯砷和二苯氰砷,根据分析方法的检出下限计算出的二苯氯砷和二苯氰砷的销毁去除率均高达99.999 9%。对熔渣进行砷的浸出毒性实验显示,浸出液中砷的质量浓度均低于0.03 mg/L,远低于我国固体废物砷的浸出毒性鉴别标准值1.5 mg/L。但是,等离子体炉在销毁含砷有机毒剂时,固砷效率很差,因此要发挥等离子体技术的优势,还必须加强固砷方法的研究。

关键词：环境工程热等离子体遗弃化武销毁

基于Aspen Plus的热等离子体气化含油污泥的模拟研究

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现代化工 2018年第9期38卷 224-228页

作者：金兆荣侯峰徐宏华东理工大学化学工程联合国家重点实验室上海200237

基于Aspen Plus平台对含油污泥气化反应进行数值模拟和研究,使用吉布斯自由能最小的原理,建立气化模型并验证模型的可靠性。模拟以含油污泥为原料,空气作为气化剂,分析了进料含水率、气化温度、当量比对热等离子体气化特性的影响,确定... 详细信息

基于Aspen Plus平台对含油污泥气化反应进行数值模拟和研究,使用吉布斯自由能最小的原理,建立气化模型并验证模型的可靠性。模拟以含油污泥为原料,空气作为气化剂,分析了进料含水率、气化温度、当量比对热等离子体气化特性的影响,确定了气化反应最佳操作参数:含水率在14%~17%,气化温度为保证充分反应的最低温度,当量比为0.15。

关键词： Aspen Plus 含油污泥热等离子体气化

热等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔的机理研究

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热等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔的机理研究

作者：罗义文四川大学

学位级别：硕士

本文通过理论和实验研究了热等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔的机理。理论研究包括应用Gibbs最小自由能法和平衡常数法分别计算1000-6000K区间甲烷在均相体系和非均相体系中裂解的热力学平衡组成;采用一种简化的动力学模型，... 详细信息

本文通过理论和实验研究了热等离子体裂解天然气制纳米炭黑和乙炔的机理。理论研究包括应用Gibbs最小自由能法和平衡常数法分别计算1000-6000K区间甲烷在均相体系和非均相体系中裂解的热力学平衡组成;采用一种简化的动力学模型，用特雷纳法数值模拟不同的压力和温度下，甲烷、乙烯、乙炔、氢气和炭5种稳定物质的摩尔数随反应时间的演变。热力学计算结果表明：甲烷在1200K时几乎可以完全裂解，乙炔在3750K时达到最大值10.4％，若CH自由基在淬冷时与H原子完全复合成CH，则乙炔的最终浓度可达到21.3％，以碳为基础的乙炔收率达到了85.2％。当温度超过4500K时，乙炔只有0.5％，而此时碳蒸气则高达19.7％，碳的收率达到了98.5％。2500K以下时，炭黑由苯类芳香烃中间体生成;2500-4200K时，CH、乙炔和氢气是主要产物，炭黑由CH、CH中间体生成;4200K以上时，体系中仅有炭、氢自由基，炭黑由炭自由基生成，炭和氢气是稳定的平衡产物。动力学计算结果表明：甲烷的裂解、炭黑与乙炔的生成对温度非常敏感，2000K、1atm、反应时间1.0ms时，甲烷才全部裂解，0.1-1.0ms时，乙炔是主要产物，10.0ms以后则主要是炭黑;温度大于3000K时，甲烷几乎在0.1μs就完全裂解;在同样的反应时间，压力增加，四川大学硕士学位论文乙炔收率下降，炭黑的收率增加。温度越高，乙炔和炭黑的生成速率越大。热力学平衡计算和动力学计算表明，在35004500K的温度范围内，5.0芦一10.0脚的时间范围内可同时获得较高收率的乙炔和炭黑。利用200KW的中试装置，在常压下研究了天然气在氮热等离子体中的裂解行为，考察了输入功率、甲烷流量和氮气流量对反应的影响。结果表明:天然气在氮等离子体中发生了强烈的分解反应，生成大量炭黑和CZ烃;甲烷的最大转化率为97.4%，在最佳条件下，输入功率120KW，NZ/cH4为1 .7时，甲烷的转化率为88.4%，炭黑的收率为42.1%，CZ的收率为42.2%，比能为 10.SK认飞/kg(c2场+C);所制得的炭黑平均粒径38Inn，分布范围窄，炭黑的挥发分 16.8%，PH值为3.6，具有较强的吸附性能，其DBP吸收值为1 .4功叮g，是一种高结构性炭黑;红外光谱分析发现:等离子体法炭黑具有独特的表面结构，炭黑中存在芳香C一C键及氮基官能团如.CN等以及一CH，.OH，一COOH等。分析了热力学计算出的乙炔和炭黑与实验测定结果的差异，判明系统没有达到热力学平衡。本装置上，等离子体热解天然气制乙炔和炭黑的动力学不是由反应速度控制，而是由混合与扩散控制。最后，对等离子体裂解天然气制乙炔和炭黑工艺进行了技术经济分析，分析结果表明:等离子体裂解天然气制乙炔和炭黑工艺具有投资小，生产成本低等优点，是一条有前途的技术路线。

关键词：热等离子体机理天然气热解炭黑乙炔热力学与动力学计算

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热等离子体炬的主要基本特性研究

热等离子体炬的主要基本特性研究

作者：李瑞华中科技大学

学位级别：硕士

随着我国国民经济及社会的发展,人民对环境生活质量的要求日益提高,目前,我国的固废处理仍然以填埋和焚烧为主,其本身存在一定的缺陷,资源利用率不高。热等离子体具有高温、高能量密度的特点,具有在固废无害化及资源化方面进行应用的巨... 详细信息

随着我国国民经济及社会的发展,人民对环境生活质量的要求日益提高,目前,我国的固废处理仍然以填埋和焚烧为主,其本身存在一定的缺陷,资源利用率不高。热等离子体具有高温、高能量密度的特点,具有在固废无害化及资源化方面进行应用的巨大潜力。本文对实验室自行设计的热等离子体炬的基本特性进行了研究。考察了热等离子体炬的伏安特性及其影响因素,研究表明,使用氩气、氮气、二氧化碳作为工作气体时,呈现明显的电弧放电的伏安特性。通过增大电极内径以及工作气体流量,可以提高等离子体的电压及功率。工作电流及流量一致时,二氧化碳的电压及功率最大,氮气次之,氩气最低。氮气及二氧化碳的射流形态相近,射流长度远大于氩气的射流长度。高流量的载气易形成湍流形态的热等离子体,较低流量的载气易形成层流状态的热等离子体,层流形态的热等离子体具有更长的射流,轴向能量输出较好,工作更加稳定安静。使用氮气作为载气时,在电极内径为8mm,工作电流为100A时,流量为10L/min时,可以形成稳定的层流热等离子体,射流长度可达45cm。进行了热等离子体的发射光谱诊断,结果表明,在使用6mm电极内径,气体流量为10L/min时,工作电流为100A,热等离子体的激发温度可达11300K,电子密度可达10m,热等离子体达到局部热力学平衡状态。通过提高电流,可以有效提高热激发温度。由于热等离子体炬在工作中与等离子体直接接触,散热直接影响到阳极的工作稳定性及持续性。本文针对热等离子体炬进行了传热特性的数值模拟研究。研究发现,使用紫铜作为材料,通水进行冷却效果良好。研究了不同铜壁厚度的阳极的温度场分布,研究表明,提高铜壁的厚度,对散热能力有一定的提高。同时,阳极的设计存在一定的改进空间,散热鳍片对流场存在较大的影响。

关键词：热等离子体特性研究发射光谱诊断数值模拟

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热等离子体处理制革污泥的数值模拟

热等离子体处理制革污泥的数值模拟

作者：白向蓉四川大学

学位级别：硕士

制革污泥问题是困扰皮革工业健康迅速发展的一个严峻的问题。目前我国制革污泥的处理处置方式主要以填埋、焚烧、堆肥为主，这些处理处置方式都存在着一系列问题。因此，开辟一条新的污泥资源化利用途径显得尤为重要。采用热等离子体技... 详细信息

制革污泥问题是困扰皮革工业健康迅速发展的一个严峻的问题。目前我国制革污泥的处理处置方式主要以填埋、焚烧、堆肥为主，这些处理处置方式都存在着一系列问题。因此，开辟一条新的污泥资源化利用途径显得尤为重要。采用热等离子体技术处理制革污泥可以有效避免二次污染，被公认为是今后污泥处理领域的一项重要而具有发展潜力的新技术。热等离子体处理制革污泥伴随着复杂的物理化学过程。等离子体反应器内物料的浓度分布、运动速度、停留时间，气相的流动速度、温度压力分布情况都直接影响反应器内制革污泥的热解。本文旨在通过研究反应器内等离子体-颗粒气固两相流动特性、污泥的热解与流动参数之间的关系，为反应器的优化设计、运行调控提供依据。通过构造反映等离子体反应器内部流动规律的基本方程组，建立描述等离子体反应器内部的复杂物理化学过程机制数学模型：模拟等离子发生器内部流动特性的κ-ε双方程湍流流动模型;模拟污泥颗粒在等离子体流中制革污泥热解的涡耗散模型;模拟污泥进入等离子体反应器后的运行轨迹以及颗粒与等离子体流之间的传热、传质过程的颗粒轨道模型。在数值模拟过程中，对等离子反应器的计算区域的空间离散化引入贴体坐标体系，对于控制方程采用一阶迎风的差分格式进行离散，壁面处理采用壁面函数法;采用SIMPLE算法来解决压力速度耦合问题。应用上述模型和算法，首先在不同进口条件下模拟了等离子体反应器内三维气相湍流流场，获得反应器内的速度、温度和组分浓度场。继而在不同的进口

关键词：热等离子体制革污泥数值模拟

热等离子体内原子物理研究概况与原子分子数据的联合研制

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核物理动态 1995年第4期12卷 6-10页

作者：孙永盛郑绍唐杜祥琬北京应用物理与计算数学研究所

本文着重介绍了两种基本原子模型的用途、研究现状及其发展趋向．这两种模型是：平均原子模型和细致组态计算模型．关于热等离子体内的原子物理过程，本文介绍电子同高电荷离子的碰撞以及双电子复合过程的研究现状，简单介绍了实验情况... 详细信息

本文着重介绍了两种基本原子模型的用途、研究现状及其发展趋向．这两种模型是：平均原子模型和细致组态计算模型．关于热等离子体内的原子物理过程，本文介绍电子同高电荷离子的碰撞以及双电子复合过程的研究现状，简单介绍了实验情况．此外，还介绍了中国原子分子数据研究联合体（ＣＲＡＡＭＤ）的工作概况．

关键词：原子模型原子分子数据热等离子体

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热等离子体煤和生物质共裂解机理的理论研究

热等离子体煤和生物质共裂解机理的理论研究

作者：陈璐浙江大学

学位级别：硕士

热等离子体裂解煤、煤焦油和生物质等制乙炔是绿色高效的先进技术。该方法可将复杂的原料一步转化为乙炔等有机化工基础原料。热等离子体技术的规模化研究证明了其工业化的可行性。由于该裂解过程是超高温、毫秒级反应,利用目前的实验... 详细信息

热等离子体裂解煤、煤焦油和生物质等制乙炔是绿色高效的先进技术。该方法可将复杂的原料一步转化为乙炔等有机化工基础原料。热等离子体技术的规模化研究证明了其工业化的可行性。由于该裂解过程是超高温、毫秒级反应,利用目前的实验表征和检测手段难以获得具体的裂解机理。因此,本文以密度泛函理论（DFT）为基础,结合Mayer键级理论,对热等离子体中的反应路径进行理论计算及分析,主要工作内容如下:（1）煤焦油是煤热解的副产物,其富含重质芳烃,碳氢比较高,热等离子体工作气中的氢气有利于煤焦油转化为乙炔。选择萘作为煤焦油中稠环芳烃的模型化合物,探究其在氢等离子体中的裂解路径。DFT的计算结果表明,在高反应活性的氢自由基的参与下,萘裂解所需的能垒大大降低。通过两条主要裂解路径,萘极易转化为乙炔、氢气和炭黑,这与文献报道的实验结果吻合较好。（2）生物质作为富氢的可再生资源,在与煤的热等离子体共裂解过程中可补充体系中的氢元素,发生协同作用,使得乙炔收率增加。根据生物质和煤的两步裂解机理,选取乙酸作为生物质中全纤维素的初级裂解产物代表,以苯和萘代替煤的挥发分中芳香烃,探究热等离子体共裂解的协同机理。DFT的计算结果表明,乙酸分解释放的H·和OH.有利于引发芳烃裂解。同时,乙酸及其热解产物水可以催化煤中芳烃裂解的中间反应,促进乙炔的生成。

关键词：热等离子体裂解机理密度泛函理论煤焦油生物质共裂解