《富氫電漿重油轉化體系中自由基診斷研究》是依託中國科學院電工研究所，由王瑞雪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：富氫電漿重油轉化體系中自由基診斷研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王瑞雪
- 依託單位：中國科學院電工研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低溫電漿重油加工技術具備低能耗、高效、無污染等特點，可獲得高品質的輕質油和乙烯等高附加值氣體產物。在該體系中，化學反應主要由自由基主導和調控，定量研究自由基的時空分布特性對於理解反應體系中基本物理化學過程、提高重油的轉化率、控制目標產物的選擇性和降低成本有著重要意義。本項目擬聯合採用發射光譜、雙光子雷射誘導螢光光譜和光腔衰盪光譜等技術實現CH4等富氫電漿重油轉化體系中H、CH3、CH2、CH等自由基絕對濃度的高時空分辨測量，並獲得電漿物理特性參數。研究不同放電參數、氣體流量以及反應時間對電漿中自由基和基本物理參數的影響，最佳化產生的自由基濃度，建立電漿重油加工體系中自由基濃度與反應參數、重油轉化產物之間的定量關係。深入了解自由基參與的主要反應途徑，討論富氫電漿對重油的作用機理，為電漿技術在煉油領域的套用提供重要參考價值。
結題摘要
大氣壓條件下對電漿中活性物質診斷研究對理解反應體系中微觀物理化學反應過程至關重要。為了深入理解甲烷重油轉化體系中活性粒子的物理化學過程及甲烷轉化機理，本項目採用高時空分辨發射光譜（OES）、增強電子耦合器件（ICCD）、雷射誘導螢光（LIF）等技術測量了反應體系中激發態和基態自由基的高時空分辨測量。①通過將負載與脈衝源一體化，實現高壓輸出，頻率可調的微秒脈衝重油加氫用一體機；②對電漿中活性自由基與電漿物理參數進行診斷研究，發現在重力作用下電漿子彈變成實心結構，解釋了電漿羽流向上彎曲的現象，並進一步研究了不同因素對電漿子彈傳播特性的影響規律；放電過程中電子密度的動態分布與兩次放電相對應，最高峰值達5*1016 /cm3，電子激發溫度、振動溫度和轉動溫度在兩電極間最高，沿等離子休羽流方向逐漸降低；③研究了等離子射流陣列的相互作用機制，明確了流體動力學和積累電荷對相鄰射流的排斥作用，通過最佳化放電條件，獲得均勻放電的一維Ar電漿射流陣列；④對甲烷反應體系進行診斷研究，脈衝激勵的針-板放電電子密度峰值為1.15×1017 cm-3，不同自由基動態分布不同： H自由基發展與施加電壓同步，C2的峰值在1~1.5 s, C+幾乎只出現於0~500 ns時段，CH幾乎沒有，與產物變化結果一致；⑤對甲烷電漿重油轉化進行研究，發展了四种放電形式進行重油轉化（電漿射流、射流陣列、火花放電和射頻放電），對重油分別進行直接處理/霧化後處理。結果表明，火花和射頻放電可以有效裂解重油，霧化得到的處理效果最佳。電漿處理後生成輕質的氣態產物，但部分重油會結焦，輕質組比重增大，處理過程中可能發生了單環、雙環芳烴的開環反應。本項目的研究成果為理解脈衝電漿中活性粒子的物理化學過程提供了重要參考價值，對甲烷重油轉化體系中電漿參數選擇、活性粒子分布和產物的調控提供了較大的借鑑意義。
