本发明专利技术等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台，该装置包括供气系统、介质阻挡放电反应器、高压电源系统及产物检测系统。介质阻挡放电反应器包括催化剂及固定装置、切向进气口、石英管、外置不锈钢电极、内置不锈钢电极等。外置不锈钢电极紧紧包裹在外层石英流动管外壁，内置不锈钢电极表面包覆有第二层石英管。二氧化碳在等离子体和催化剂的协同作用下，将会实现二氧化碳的高效定向转化；二氧化碳等反应气通过外层石英流动管一侧的两个对称对冲切向进气口进入反应器，过程中形成的旋流可以有效地延长二氧化碳在等离子体放电区域的滞留时间，并引起放电扰动，增强石英管壁面的细丝放电，从而增强反应区内的电场强度的效果。强度的效果。强度的效果。
【技术实现步骤摘要】
等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台
[0001]本专利技术属于二氧化碳催化重整
，特别涉及一种等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台。
技术介绍
[0002]二氧化碳是造成全球气候变化的最主要的温室气体，而化石燃料的燃烧则是二氧化碳排放的最大来源。在过去的数十年中，矿物燃料的使用逐年增长，导致二氧化碳排放大幅上升。开发可持续的绿色能源及二氧化碳排放的途径是十分必要的。为了减少碳排放，碳捕获和利用技术被视为最有潜力的减少碳排放的方法。通过一定的方法把二氧化碳变成了可以回收的燃料。
[0003]二氧化碳化学性能稳定，不易在温和的环境中进行转化，且而在高温条件下的转化率也非常低。近几年来，非平衡等离子体为一种新型的活化反应技术而受到人们的重视。这种非平衡等离子体中高能电子的含量高，其电子能量可以达到1
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10eV，强大的电子能量可以使惰性分子被激活，促进化学反应。非平衡等离子体技术可以通过高能电子和活性粒子的相互作用，打破常规的热化学反应过程、降低反应所需要的温度，从而实现在常压、低温条件下二氧化碳的转化。
[0004]产生等离子体的方式有多重，例如射频放电、滑动弧放电、微波放电和介质阻挡放电等，介质阻挡放电由于具有能耗低、放电均匀稳定、反应器结构简单、能与催化剂如Ni
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Al2O3、Fe
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石墨烯、Ru
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Al2O3等协同作用等优势，在二氧化碳重整领域展现了良好的前景。
[0005]目前，等离子体辅助二氧化碳转化的研究中，由于产物的多样化难以实现定向转化；同时由于介质阻挡放电的结构和特性限制，对于能量的利用率偏低，有待提高。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于改进现有实验平台的不足，提供一种等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台，具体是一种能够在等离子体及催化剂的双重作用下实现二氧化碳的低温高效转化，并对最终产物进行定性定量分析的实验系统。
[0007]本专利技术采用如下的技术方案实现：
[0008]等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台，该实验平台包括燃料供给系统、介质阻挡放电反应器、高压电源系统及产物检测系统；
[0009]所述燃料供给系统，用于精准供应稀释气体及二氧化碳等反应气体；在产物中存在液体时对管道加热从而实现液体汽化；在实验的过程中控制反应器所需要的压力，并将反应产生的气体排出系统；
[0010]所述介质阻挡放电反应系统，提供实验所需的温度、压力的反应场所；在反应器的一侧设计有两个对冲切向进气口；并在双层放电结构之间填充有催化剂；同时提供双介质阻挡放电结构产生的均匀等离子体环境；
[0011]所述高压电源系统，用于提供产生等离子体的持续电场，并检测反应时的电压电
流变化；
[0012]所述产物检测系统，用于收集并检测反应结束时的产物，实现二氧化碳重整过程中微分组分的诊断与分析。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，燃料供给系统包括反应气体、质量流量计及控制软件、加热带、热电偶及温度控制器、微量调节阀；
[0014]反应气以及稀释气体在经过质量流量计及控制软件的精准控制后通入反应器的切向进气口；在热电偶及温度控制器的调控下，加热带包裹在管道外侧，实现液体产物的气化；并通过微量调节阀控制排入大气的气量，以维持反应系统中的压力恒定。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，介质阻挡放电反应系统包括电加热炉、外层石英流动管、切向进气口、密封法兰、外置不锈钢电极、内置不锈钢棒电极以及包覆在不锈钢棒内电极上的内层石英管、催化剂及固定装置；
[0016]整个反应器放置于电加热炉中，电加热炉为整个反应系统提供可控制的10cm的恒定温度区域；反应器的一侧设置有两个对冲切向进气口，从切向对冲进气口进入的二氧化碳等反应气会形成在内层石英管和外层石英管之间、绕着中心轴线螺旋前进的气流，延长反应气在等离子体区域的滞留时间、提供放电扰动增强石英管表面的细丝放电，增强反应区内的电场强度；反应器两端由密封法兰结合橡胶密封圈进行密封；外置不锈钢电极、外层石英流动管、内层石英管及内置不锈钢棒电极四个部分保持同轴度，双层的介质阻挡放电结构以确保产生均匀的等离子体；在反应器的等离子体放电区间放置相应的催化剂，并使用石英棉等材料进行固定；在密封法兰两侧轴心开孔，引出内置不锈钢棒电极与电源相连，同时在出气方向的法兰侧另开一孔用于出气。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，在外层和内层的石英管之间，与等离子体形成协同作用，提高二氧化碳的转化率和整体的能量利用率。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，双层石英管能够产生均匀的电场。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，两个对冲切向进气口使反应气延长在等离子体区的滞留时间，并加强扰动增强石英管表面的细丝放电，增强反应区内的电场强度。
[0020]本专利技术进一步的改进在于，电加热炉可以为反应提供298K
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1273K的起始反应条件。
[0021]本专利技术进一步的改进在于，高压电源供电系统包括高压电源、高压探头、电流探头以及示波器；
[0022]高压电源的正、负电极分别接外置不锈钢电极、内置不锈钢棒电极，放电过程中产生的电压及电流由高压探头及电流探头检测，并于示波器上显示。
[0023]本专利技术的进一步改进在于，该实验平台对于高压电源的放电方式不做限制，高压交流电及高压纳秒脉冲电源等均可使用。
[0024]本专利技术进一步的改进在于，产物检测系统包括气相色谱仪和气相色谱/质谱联用仪以及计算机控制系统；
[0025]产物经管道外置的加热带气化后进入气相色谱仪及气相色谱/质谱联用仪，在计算机控制系统的控制之下进行微分诊断并显示。
[0026]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0027](1)本专利技术可用于二氧化碳在等离子体及催化剂协同的环境中实现高效定向转
化，在提高二氧化碳的同时，提升能量的利用率；
[0028](2)本专利技术的介质阻挡放电反应区对于实验所使用的催化剂不做限制，催化剂如Ni
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Al2O3、Fe
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石墨烯、Ru
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Al2O3等均可使用；
[0029](3)本专利技术的双层介质阻挡放电系统，可以获得能量密度较大的非平衡等离子体、避免热等离子体的形成，并且更加有利于放电均匀以形成更加均匀的非平衡等离子体；
[0030](4)本专利技术的石英流动管的切向进气口，使反应气延长在等离子体区的滞留时间，并加强扰动，增强石英管表面的细丝放电，从而增强反应区内的电场强度；
[0031](5)本专利技术的实验平台对于高压电源的放电方式不做限制，高压交流电及高压纳秒脉冲电源等均可进行使用。
附图说明
[0032]图1为本专利技术等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台结构示意图。
[0033]图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台，其特征在于，包括供气系统、介质阻挡放电反应系统、高压电源系统及产物检测系统；供气系统，用于精准供应稀释气体及二氧化碳反应气体，在产物中存在液体时对管道加热从而实现液体汽化，在实验的过程中控制整个反应系统所需要的压力；介质阻挡放电反应系统，用于提供实验所需的温度、压力的反应场所，在反应器的一侧设计有两个对冲切向进气口，并在双层介质阻挡放电结构之间填充催化剂，同时提供双层介质阻挡放电结构产生的均匀的非平衡等离子体环境；高压电源系统，用于提供产生等离子体的持续电场，并监测反应时的电压电流变化；产物检测系统，用于收集并检测反应结束时的产物，实现二氧化碳重整过程中微分组分的测定与分析。2.根据权利要求1所述的等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台，其特征在于，燃料供给系统包括反应气体、质量流量计及控制软件、加热带、热电偶及温度控制器以及微量调节阀；反应气体以及稀释气体在经过质量流量计及控制软件的精准控制后通入反应器的切向进气口，在热电偶及温度控制器的调控下，加热带将管道加热到指定温度，实现反应温度的控制及液体产物的气，并通过微量调节阀控制排出相应气量，以维持反应系统中的压力恒定。3.根据权利要求1所述的等离子体协同催化剂辅助二氧化碳重整制燃料的实验平台，其特征在于，介质阻挡放电反应系统包括电加热炉、外层石英流动管、切向进气口、外置不锈钢电极、内置不锈钢电极以及包覆在不锈钢电极上的内层石英管以及催化剂及固定装置；整个反应器放置于电加热炉中；反应器的一侧设置有两个对冲切向进气口，从切向对冲进气口进入的二氧化碳反应气会形成在内层石英管和外层石英流动管之间绕着中心轴线螺旋前进的气流，从而延长反应气在等离子体区域的滞留时间，提供放电扰动，增强石英管表面的细丝放电，增强反应区内的电场强度；外置不锈钢电极、外层石英流动管、内层石英管及内置不锈钢电极四个部分保持同轴，双层的介质阻挡放电结构确保产生均匀的非平衡等离子体；在反应器的等离子体放电区间放...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄佐华，赵韵，胡二江，周萌，殷阁媛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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