【摘 要】
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氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是一种优良的能源载体,其开发与利用是氢动力汽车、氢燃料电池技术发展的关键。等离子体重整制氢技术作为一种启停迅速、可处理燃料种类多、无需催化剂的新兴技术,可以克服传统催化重整制氢工艺操作温度高、启停慢、工艺流程复杂、催化剂易失活等缺陷,在车载制氢方面具有独特的优势。目前,用于滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢的等离子体电源多为直流电源、工频交流电源和低频交流
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氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是一种优良的能源载体,其开发与利用是氢动力汽车、氢燃料电池技术发展的关键。等离子体重整制氢技术作为一种启停迅速、可处理燃料种类多、无需催化剂的新兴技术,可以克服传统催化重整制氢工艺操作温度高、启停慢、工艺流程复杂、催化剂易失活等缺陷,在车载制氢方面具有独特的优势。目前,用于滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢的等离子体电源多为直流电源、工频交流电源和低频交流电源,有关高频交流电源的研究报道相对较少。本文设计了一套由40 k Hz交流恒流电源和可调频高频高压交流电源驱动的滑动弧等离子体发生装置,在对其电学特性与光学特性研究的基础上,将其用于甲烷部分氧化重整制氢研究,并结合发射光谱诊断方法对放电过程中的发射光谱进行分析,探讨其重整制氢反应机理。本文主要研究内容如下:1.滑动弧等离子体电学特性研究。以空气为载气,采用示波器、MATLAB/Simulink软件、快速傅里叶变换（FFT）以及含有谐波的非正弦电路分析方法探究了滑动弧的伏安特性、电弧电压谐波含量和电弧电流谐波含量,考察了气体流速、电源电流以及电源频率对击穿电压、总谐波畸变率、平均放电功率和无功功率的影响。此外,结合平均放电功率和无功功率实验结果,探讨了滑动弧的等效放电回路模型。2.滑动弧等离子体光学特性研究。以空气为载气,采用Princeton HRS-750SS发射光谱仪和Specair 2.0光谱分析软件分析了空气放电发射光谱,考察了气体流速、电源电流以及电源频率对电子密度、振动温度、转动温度和特征谱线强度（OH（A-X）308.96 nm、N2（C-B）337.09 nm、N2+（B-X）391.40 nm）的影响。3.滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢研究。以甲烷和空气的混合气为载气,考察了氧碳比（O/C）、电源电流以及平均放电功率对甲烷转化率、氢气选择性、氢气摩尔浓度以及能量效率的影响,并采用Princeton HRS-750SS发射光谱仪对放电过程中的活性粒子种类进行检测,讨论了滑动弧等离子体部分氧化重整甲烷制氢的反应机理。
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