等离子体协同催化评价系统

项目

参数

常压DBD反应器1

DBD同轴反应器，耐压<0.6MPa,耐温<1000℃，介质为石英玻璃或陶瓷材料，外径12mm，等离子体长度40mm，内电极为金属棒/管（如钼、哈氏合金），外电极为金属网/箔（如铂网、不锈钢网）。主要用于常压VOC催化降解、污染物降解，CO₂催化，甲烷重整等

高压DBD反应器2

DBD同轴反应器，双层耐压腔体：内层为石英或陶瓷管（介质阻挡层），外层为310s不锈钢或哈氏合金护套（机械支撑）。

电极配置：内电极为金属棒/管（如钼、哈氏合金），外电极为金属网/箔（如铂网、不锈钢网）。

催化剂床层：填充颗粒催化剂（如Ru/Al₂O₃、Ni-MgO/SiC），床层高度与直径比（H/D）为3-5:1。

尺寸：实验室级反应器内径30-50 mm，长度200-300 mm，催化剂体积50-200 mL。

耐压，<10MPa；耐温<1000℃。

主要用于高温高压的等离子体-热催化协同催化合成氨，

DBD电源

SSC-DBD3050介质阻挡放电等离子体电源，功率1kW，电压~30kV；频率20~50Hz

气体控制

1)  质量流量计控制（含减压阀）N₂、H₂、CH₄等气体比例（如N₂:H₂=1:3），总流量100-500 mL/min。

2)  循环气路：未反应气体经冷凝分离后循环回反应器（循环比50-80%，选配）。

3) 质量流量控制器（MFC）：精度±1% F.S.，总流量范围0–500 sccm。

4) 气体混合器：实现多组分气体（如H₂ /N₂）的均匀混合。

5) 气体管路：316不锈钢管，耐高温、耐腐蚀。

6)  控制方式：通过PLC编程实现气体流量、湿度的自动调节。

加热与温度控制模块

1) 提供稳定的高温环境（常温–900°C），反应器温度正常运行。

2) 反应炉：最高温度1100°C，控温精度±1°C，加热区长度≥300 mm。

3)  热电偶：K型热电偶，实时监测电池温度。

4) 隔热材料：陶瓷纤维，减少热损失。

5) 控制方式：PID温控器匹配功率调节，支持多段升温程序。

数据采集控制

1) 功能：实时采集、存储和分析实验数据。

2)  PLC控制器（如三菱、西门子）集成温度、压力、流量传感器。

3) 软件：实时调节放电参数（频率、电压）和加热功率，实现动态优化。

4) 数据采集卡：多通道，支持电压、电流、温度同步采集。

5) 软件平台：IoT软件，用于数据可视化与分析。

6) 数据库：存储实验参数与结果，支持后续查询与处理。

7) 采用15英寸工业触控屏

GC分析模块

选配鑫视科GC，可选择SSC-GC60或SSC-GC70（EPC）

1)  配置在线自动阀，实现全自动进样；

2) 配置TCD、FID+转化炉、FID毛细，三个检测器；

3) 配置对应的色谱柱、空气发生器、氢气发生器。

在线检测

产物分析：激光吸收光谱（TDLAS）实时监测NH₃、CH₄等浓度。(选配)

等离子体诊断：发射光谱（OES）分析活性物种（如N₂(337 nm)、H₂(656 nm)）。(选配)

示例方案

合成氨反应系统

1 反应器配置

内电极：钼棒（直径6 mm），内置水冷通道。

外电极：铂网（网孔0.5 mm），螺旋缠绕石英管外壁。

催化剂：Ru/K-Ba-Al₂O₃（Ru 5 wt%），颗粒直径1-2 mm，床层高度150 mm。

2 工艺参数

温度：500°C（外部加热）+ 等离子体局部热点（＞700°C）。

压力：8 MPa（背压阀控制）。

气体流量：N₂:H₂=1:3，总流量300 mL/min。

4.3 性能目标

NH₃产率：≥10 mmol/g-cat/h。

能量效率：≤40 kWh/kg-NH₃。

稳定性：连续运行50小时，活性衰减＜10%。