洁净煤技术

作者：安春国, 王宗群, 赵梓江, 苗井泉, 张斌, 石荣桂, 屈会格, 吴昂键, 张浩

关键词：滑动弧等离子体,CO₂分解,水冷,高温逆反应,气体温度

CO2的捕集、利用与封存被广泛认为是碳减排的主要技术路线之一，也是我国应对“双碳”目标挑战的重要手段。滑动弧放电等离子体具有能量效率高、结构简单、启停时间短、耗能低等优点，在CO2转化利用中是极具潜力的技术手段。然而，滑动弧等离子体在活化分解CO2过程中存在气体温度过高（4000～6000 K），加剧CO2分解逆反应进行问题，导致转化率受限。为此，开发了一种水冷旋转滑动弧等离子体反应器，创新性地利用冷却抑制CO2分解逆反应机制有效提升CO2转化效果，并探讨了不同水冷强度下的CO2分解反应行为。通过对等离子体下游的气体温度进行测量，确定了不同冷凝强度及不同工况下的等离子体宏观气体温度变化情况，系统考察了进气流量（2～8 L/min）和冷却强度对水冷反应器中CO2分解转化率和能量效率的影响。结果表明，水冷的引入显著降低了反应区的气体温度，抑制了高温导致的CO2逆反应，从而提高了CO2转化率和能量效率。在无水冷条件下，气体温度达到461 ℃，而中等和强水冷下分别降低至282 ℃和222 ℃。此外，水冷系统的加入将反应器的稳定时间从400 s降低到150 s，并提高了反应的稳定性。水冷的加入显著降低了CO2分解逆反应的速率，由于VT弛豫过程得以抑制，振动激发能级能量水平得以提高，因此CO2转化效果得以提高。最佳实验工况为中等水冷强度（冷却水流量4.8 mL/s）和进气流量4～5 L/min，此条件下可获得较高的CO2转化率（9.5%～11.5%）和能量效率（26.0%～29.5%）。证明了水冷在抑制高温逆反应、提高CO2转化性能中的有效性，为等离子体CO2转化技术的进一步发展提供了新的思路。

来源：2025年第8期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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