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Plasma-Based CH4 Conversion into Higher Hydrocarbons and H2: Modeling to Reveal the Reaction Mechanisms of Different Plasma Sources
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2020-03-23 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c00082 Stijn Heijkers 1 , Maryam Aghaei 1 , Annemie Bogaerts 1
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2020-03-23 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c00082 Stijn Heijkers 1 , Maryam Aghaei 1 , Annemie Bogaerts 1
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Plasma is gaining interest for CH4 conversion into higher hydrocarbons and H2. However, the performance in terms of conversion and selectivity toward different hydrocarbons is different for different plasma types, and the underlying mechanisms are not yet fully understood. Therefore, we study here these mechanisms in different plasma sources, by means of a chemical kinetics model. The model is first validated by comparing the calculated conversions and hydrocarbon/H2 selectivities with experimental results in these different plasma types and over a wide range of specific energy input (SEI) values. Our model predicts that vibrational–translational nonequilibrium is negligible in all CH4 plasmas investigated, and instead, thermal conversion is important. Higher gas temperatures also lead to a more selective production of unsaturated hydrocarbons (mainly C2H2) due to neutral dissociation of CH4 and subsequent dehydrogenation processes, while three-body recombination reactions into saturated hydrocarbons (mainly C2H6, but also higher hydrocarbons) are dominant in low temperature plasmas.
中文翻译：
基于等离子体的CH 4转化为高级烃和H 2的模型：揭示不同等离子体源的反应机理的模型
等离子体正在引起人们对CH 4转化为高级烃和H 2的兴趣。但是，对于不同的等离子体类型，在转化为不同烃类和对不同烃类的选择性方面的性能是不同的，并且尚未完全理解其潜在机理。因此，我们通过化学动力学模型在不同的等离子体源中研究这些机理。该模型首先通过将计算出的转化率和烃/ H 2选择性与这些不同等离子体类型和宽范围的比能量输入（SEI）值的实验结果进行比较来验证。我们的模型预测，振动-平移非平衡在所有CH 4中均可以忽略不计研究了等离子体，相反，热转化很重要。较高的气体温度还由于CH 4的中性离解和随后的脱氢过程而导致更选择性地生产不饱和烃（主要为C 2 H 2），而三体重组反应为饱和烃（主要为C 2 H 6，但是较高碳氢化合物）在低温等离子体中占主导地位。
更新日期：2020-03-24
中文翻译：
基于等离子体的CH 4转化为高级烃和H 2的模型：揭示不同等离子体源的反应机理的模型
等离子体正在引起人们对CH 4转化为高级烃和H 2的兴趣。但是，对于不同的等离子体类型，在转化为不同烃类和对不同烃类的选择性方面的性能是不同的，并且尚未完全理解其潜在机理。因此，我们通过化学动力学模型在不同的等离子体源中研究这些机理。该模型首先通过将计算出的转化率和烃/ H 2选择性与这些不同等离子体类型和宽范围的比能量输入（SEI）值的实验结果进行比较来验证。我们的模型预测，振动-平移非平衡在所有CH 4中均可以忽略不计研究了等离子体，相反，热转化很重要。较高的气体温度还由于CH 4的中性离解和随后的脱氢过程而导致更选择性地生产不饱和烃（主要为C 2 H 2），而三体重组反应为饱和烃（主要为C 2 H 6，但是较高碳氢化合物）在低温等离子体中占主导地位。
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