Conversion mechanism of thermal plasma-enhanced CH4-CO2 reforming system to syngas under the non-catalytic conditions

合成气 催化作用 化学 热力学平衡 选择性 非热等离子体 部分氧化 二氧化碳重整 合成气制汽油 化学工程 等离子体 热力学 有机化学 蒸汽重整 制氢 工程类 物理 量子力学
作者
Yang Zhou,Ruizhi Chu,Lulu Fan,Jianqiao Zhao,Weisong Li,Xiaofeng Jiang,Xianliang Meng,Yusai Li,Yu Shi,Yongzhou Wan
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:866: 161453-161453 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.161453
摘要

Thermal plasma activation of CH4-CO2 reforming (CRM) to syngas under non-catalytic conditions is an efficient and clean technology for the large-scale utilization of hydrocarbon resources and the conversion of greenhouse gases. This study investigates the equilibrium state and transformation mechanism of a CRM reaction system activated by thermal plasma through experimental, thermodynamic, and kinetic analyses. The experimental results illustrated that the CO2 conversion rate and H2 selectivity showed a downward trend with an increase in the CO2/CH4 molar ratio, whereas the CH4 conversion rate and CO selectivity showed the opposite trend. When CO2/CH4 molar ratio was 6/4, the selectivity for CO and H2 increased to 87.0 % and 80.8 %, respectively. Excess CO2 promotes the partial oxidation of CH4 to eliminate carbon deposition, resulting in an H2/CO molar ratio value closer to 1. Thermodynamic results show that the thermal-plasma-initiated CRM reaction can reach thermodynamic equilibrium more easily than the conventional catalyzed reactions, achieving much higher feedstock gas conversion without carbon deposition. The kinetic results obtained from the PSR model revealed that CH4 and CO2 were cleaved to form free radicals at the instant of contact with the plasma flame. O, H, and other particles generated in the form of free radicals rapidly collided with each other and transformed into CO and H2, accelerating the reaction process. The results presented in this study will help reveal the transformation mechanism of the CRM reaction activated by thermal plasma under non-catalytic conditions and provide a new perspective for studying CRM reactions.
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