微波液相放电等离子体制氢研究

发布时间：2017-08-26 11:26

  本文关键词：微波液相放电等离子体制氢研究

  更多相关文章： 液相微波放电 乙醇制氢 制氢产量及能耗 光谱分析

【摘要】：近年来,随着化石燃料的快速消耗和环境问题日趋严重,氢能因其具有热值高、可再生、无污染的优点而得到人们的广泛关注,鉴于传统制氢技术存在着反应温度高、能耗大、过于依赖化石燃料等缺点,因此,一种新兴的制氢技术一等离子体制氢技术,因其可在常温常压下进行,且不需催化剂的特点而逐渐成为国内外专家的关注热点。本研究使用的液相微波放电制氢技术,是基于本课题组国内首次实现液相微波放电技术之上的,进而进行制氢研究,课题独特新颖,引领国际前沿。在该研究中,以乙醇溶液为反应原料,主要考察了微波功率、乙醇溶液体积分数、反应压强、溶液电导率、电极内导体材质等几个因素对制氢产量及制氢能耗的影响,同时借助于质谱、气相色谱、发射光谱等仪器对制氢过程的气相产物组分,溶液中的活性物质种类及强度进行分析和监测,所获主要结论如下：液相微波放电乙醇重整的主要气体产物为H2和CO,同时有少量C2H2、CH4和CO2。制氢过程中,增加微波功率和醇溶液体积分数对提高氢气产量和降低制氢能耗影响显著,但醇溶液浓度的增加,不利于产气中氢气比例的提高；溶液电导率和反应压强对等离子体的点火和维持有重要影响,影响微波能量的输入和损失,从而间接影响制氢。实验中,所获最大产氢量为357mL/min,最大产氢比例为64.68%,最低制氢能耗为8.00kWh/m3。光谱分析结果表明,液相等离子体乙醇制氢反应过程中主要有OH·、H·、C2‘ CH、O·等活性物质生成,制氢过程中,乙醇分子被高能电子不断碰撞分解、再通过自由基结合反应生成H2、CO、CO2和烃类等气体产物,该过程中H·是决定氢气产量的重要活性自由基,高能电子的激发温度约为6112-4950K,反应器压强变化范围为13.8-19.3kPa。根据生成气体产物组分及摩尔比,推测制氢反应的主要反应式可能为2C2H5OH→5H2+2CO+C2H2。
【关键词】：液相微波放电 乙醇制氢 制氢产量及能耗 光谱分析
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-28
• 1.1 研究背景11
• 1.2 氢能的特点11-12
• 1.3 制氢技术现状12-15
• 1.3.1 燃料重整制氢12-13
• 1.3.2 氨分解制氢13
• 1.3.3 水分解制氢13-14
• 1.3.4 生物质制氢14-15
• 1.4 等离子体的概述15-17
• 1.4.1 等离子体的概念15-16
• 1.4.2 液相等离子体技术16-17
• 1.5 等离子体制氢研究现状17-26
• 1.5.1 电晕放电制氢17-18
• 1.5.2 辉光放电制氢18-19
• 1.5.3 介质阻挡放电制氢19-22
• 1.5.4 电弧放电制氢22-23
• 1.5.5 微波放电制氢23-26
• 1.6 论文工作的提出及研究内容26-28
• 1.6.1 研究意义及创新点26
• 1.6.2 主要研究内容26-28
• 第2章 实验装置及分析方法28-35
• 2.1 实验仪器及原料28-29
• 2.1.1 实验仪器及设备28
• 2.1.2 实验药品及材料28-29
• 2.2 实验装置29-31
• 2.2.1 制氢反应器29-30
• 2.2.2 实验装置流程图30-31
• 2.3 气体产物组分的分析31-33
• 2.3.1 定性分析31-32
• 2.3.2 定量分析32-33
• 2.4 数据处理方法33-35
• 2.4.1 标准曲线的绘制33-34
• 2.4.2 气体产量的换算34
• 2.4.3 产氢能耗的计算34-35
• 第3章 液相微波放电乙醇水溶液制氢实验35-55
• 3.1 乙醇溶液体积分数对驻波比的影响35-36
• 3.2 乙醇溶液体积分数对制氢的影响36-39
• 3.2.1 乙醇体积分数对气体产量的影响36-37
• 3.2.2 乙醇溶液体积分数对气体产物比例的影响37-38
• 3.2.3 乙醇溶液体积分数对微波反射及制氢能耗的影响38-39
• 3.3 微波功率对制氢的影响39-43
• 3.3.1 微波功率对气体产量的影响40
• 3.3.2 微波功率对气体产物比例的影响40-41
• 3.3.3 微波功率对微波反射及制氢能耗的影响41-43
• 3.4 反应起始压强对制氢的影响43-46
• 3.4.1 反应起始压强对气体产量的影响43-44
• 3.4.2 反应起始压强对气体产物比例的影响44-45
• 3.4.3 反应起始压强对微波反射及制氢能耗的影响45-46
• 3.5 溶液电导率对制氢的影响46-49
• 3.5.1 溶液电导率对气体产量的影响46-47
• 3.5.2 溶液电导率对气体产物比例的影响47-48
• 3.5.3 溶液电导率对微波反射及制氢能耗的影响48-49
• 3.6 不同材质内导体电极制氢49-53
• 3.6.1 内导体材质对气体产物组分的影响50-51
• 3.6.2 电极内导体的腐蚀性能评估51-53
• 3.7 等离子体制氢技术比较53-54
• 3.8 本章小结54-55
• 第4章 液相微波放电制氢过程光谱分析及反应路径推测55-69
• 4.1 液相微波放电制氢过程中的光谱分析55-58
• 4.1.1 制氢过程中活性物质的发射光谱55-56
• 4.1.2 制氢过程中电子激发温度及压强的变化56-58
• 4.2 微波功率对各自由基光谱强度的影响58-60
• 4.3 乙醇溶液体积分数对各自由基光谱强度的影响60-62
• 4.4 水杨酸投加对氢气产量和产氢比例的影响62-64
• 4.5 制氢机理简析64-67
• 4.5.1 产气路径分析64-66
• 4.5.2 制氢主反应式推测66-67
• 4.6 本章小结67-69
• 结论69-70
• 参考文献70-77
• 攻读学位期间公开发表论文77-78
• 致谢78-79
• 作者简介79

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本文编号：741273