[00639688]电弧等离子体裂解煤层气制氢与纳米碳

山西省的煤层气资源极为丰富，初步预测埋深在2000m以浅的煤层气资源量超过10万亿m<'3>，煤层气随着煤炭开采大多直排大气，煤层甲烷直接排空既浪费了资源，还会形成环境压力，造成瓦斯事故。该项目针对上述情况，开展了电弧等离子体裂解煤层气制氢与纳米碳方面的研究，被列入山西省科技攻关计划(编号：2006031120-03)与太原市科技计划(编号：084150)。该项目结合太原理工大学现有的电弧等离子体高温、高热焓有利于甲烷活化的特点，在进行C-H热力学平衡体系分析的基础上，利用具有自主知识产权的等离子体反应系统，使用二次预热活化的工艺制得氢及纳米碳。结果显示：裂解产物的主要烃类为H<,2>、炭黑以及少量C<,2>H<,2>、C<,2>H<,4>和C<,3>。甲烷转化率接近100%，最高氢气浓度81.07%，氢气的产率为1.76m<'3>/m<'3>CH<,4>，获得1m<'3>氢气消耗的甲烷量最小为0.55m<'3>，所得到的固体产物中有大量纳米结构的碳。与其他同类工艺相比，氢气浓度及收率较高。技术创新点在于：探索出以煤层气为原料，利用电弧等离子体制氢的新方法；利用二次预热活化技术，提高了煤层气制氢的转化率，并在固体产物中检测出纳米碳。该项目克服了传统的水蒸气重整甲烷制氢工艺需排放大量的二氧化碳，消耗大量的水蒸气，反应器庞大，催化剂易发生析碳，硫、卤素、砷中毒等难题，具有工艺流程短、灵活、操作简单、环境友好、可实现连续化、大型化等优点。