介质阻挡放电等离子体与重油反应的研究-核聚变与等离子体物理.PDF

第 32 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.32, No.3 2 0 1 2 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2012 文章编号：0254−6086(2012)03−0271−07 介质阻挡放电等离子体与重油反应的研究 1 1 2 2 1 于 红 ，凌 伟 ，赵 明 ，王杰祥 ，刘彦民 (1. 中国石油大学华东理学院，青岛 266555 ；2. 中国石油大学华东石油工程学院，青岛 266555) 摘 要：分别采用空气、氩气大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体对重油进行了处理。对经空气 DBD 等离 子体处理后的重油进行粘温特性分析，发现重油粘度升高，流动性变差。红外光谱和四组分分析结果表明重油的 重质组分含量升高，重油胶体体系被破坏，同时生成大量刺激性气味气体。为了便于分析气态产物的成分和含量， 采用大气压氩气 DBD 等离子体处理重油并收集气体产物。气相色谱分析发现生成气中含有大量 C1−C5 的烃类和 一定量氢气，其中氢气和甲烷含量占生成气的 70%以上。实验结果表明重油在等离子体作用下既发生裂解又发生 聚合反应，既生成低碳烃类，本身的流动性也变差。 关键词：介质阻挡放电；空气；氩气；重油 中图分类号：O539 文献标识码：A 1 引言 因催化剂中毒中断反应造成的时间和经济损失。由 目前随着轻质原油的不断开采，重质原油在石 电源驱动，使得等离子体与重油反应的可控性高， 油产量中所占比重越来越大。重油在全世界的资源 调节工作气体速率和组成范围较大，能够实现反应 总量巨大，将成为 21 世纪的重要能源。我国的重 最优化。等离子体能量密度高的优点为缩小裂解重 油含量较高，一般为 60%~80% ，有的甚至高达 油反应器尺寸、减轻重量提供可能。介质阻挡放电 80%~100%。近年来，重油的开采速度加快，其产 等离子体发生器设备的投入较少，易操作。鉴于以 量已占全国石油年产量的 1/10 左右，重油轻质化是 上特点，介质阻挡放电等离子体技术适合于布局分 石油行业面临的严重挑战，将重油加工成符合国际 散、甚至生产条件多变的重油裂解制低碳烃场合。 [1] 标准的清洁燃料，成为当今世界研究的热门领域。 DBD 结构主要有平面形、同轴圆柱形两种 。 重油的粘度高、杂质含量高、胶质沥青质含量高， DBD 具有的优良化学特性，目前已被广泛应用于环 传统工艺在加工利用重油时面临新的技术挑战，因 保[2]、材料表面改性[3]、甲烷转化[4]等领域。人们也 此开发新的重油加工利用方式显得十分必要。介质 尝试将等离子体技术应用于重质重油的加工利用 阻挡放电(DBD)等离子体技术借助于高活性的基态 中。Prieto 等人[5~7]用平行板电极 DBD 等离子体处 或激发态的中性或带电粒子以及自身的高能量场， 理重油，以氩气为工作气体发现经等离子体处理后 可为裂解重油制备低碳烃类反应提供能源，大大提 重油生成 C1−C4 的气态烃类，其中乙烯居多，并且 高化学反应速度，缩短反应时间。反应可实现冷启 生成了大量的氢气。Kong P C 等人[8, 9]采用同轴电 动，反应过程无需非均相催化剂，避免传统工艺中