过氧化氢（H₂O₂），作为一种绿色氧化剂，已广泛地应用在造纸、水处理及精细化学品合成领域。目前蒽醌法H₂O₂生产技术在全球市场处于主导地位，但由于工艺过程复杂及设备投资大等问题，该技术只有在大规模集中生产时才会带来较好的经济效益。所以对于大多数分散用户而言，使用H₂O₂就必须承担其安全存储及带水运输过程引入的附加成本。而近年来，以H₂O₂为氧源的钛硅沸石催化丙烯环氧化技术，作为传统环氧丙烷生产工艺的理想替代技术，在工业化过程中也受制于商品H₂O₂的高昂成本。因此，小规模、低投资、方便灵活的H₂O₂生产新工艺越来越受研究者们重视。目前此领域最活跃的研究集中在贵金属催化氢氧液相直接合成过程，但由于该体系固有的多相间传质及产物分解等问题，致使其在近百年的漫长发展后，仍难以满足市场的需要。氢氧等离子体直接合成H₂O₂技术，以其工艺简单、产物纯度及浓度高等特点，已成为极具潜力的H₂O₂合成新方法之一。然而，同大多数等离子体化学技术一样，该合成过程中较低的能量效率严重限制了它的工业应用。因此，为推动该技术的工业化进程，须选择适宜的放大合成路线及设计稳定高效的放大反应器。另外，作为一种方便灵活的现场H₂O₂合成方法，该过程可与丙烯液相环氧化集成生产环氧丙烷，以减少H₂O₂存储及运输过程的成本。为解决以上问题，本论文在前期工作的基础上，开展了氢氧等离子体合成H₂O₂的实验室放大研究及其与丙烯液相环氧化工艺的集成研究，探讨了放大合成H₂O₂过程中的反应特性及能效变化规律，并对所用的反应器进行了优化。此外，分析了H₂O₂合成过程中决定能量效率的主要因素，并对电源与反应器负载间的阻抗匹配问题做了探索研究。研究中得到的主要结果如下：1．利用并联连接的多个介质阻挡放电管构成的反应器，在常温常压下研究了氢氧等离子体放大合成H₂O₂过程的反应特性及能量效率。发现放电管数量的变化对氢氧等离子体的放电模式没有明显影响，H₂O₂选择性维持在64％左右，不随管数及注入功率改变。注入功率为4．9～5．0 W、原料气停留时间为18 s、放电频率为14 kHz时，放大过程中H₂O₂产能由7．1 mmol／h增至20．1 mmol／h，反应器能效由50 gH₂O₂／kWh增至136 gH₂O₂／kWh。合成过程的总能效受制于极低的电源能量注入效率，后者的提升需通过优化电源与反应器负载间的阻抗匹配来实现。2．放电管电极间距、高压电极材质、放电区长度及放电频率对H₂O₂合成过程中的反应特性及能量效率有重要影响。采用窄极间距的金属高压电极放电管既有利于反应器能效的提高，也有利于氧转化率及H₂O₂产率的提高。适当增加放电区长度及放电频率也可提高合成过程中的氧转化率、H₂O₂产率及反应器能效。使用电极间距为1．0 mm、放电区长度为30 cm的金属高压电极放电管，原料气总流速及氧浓度分别为420 ml/min和4．8vol％、电源放电频率为16 kHz、注入功率为2．9 W时，单管反应可得到高达151gH₂O₂／kWh的反应器能效。将其应用于三管放大合成，原料气总流速为630 ml／min、电源放电频率为14 kHz时，最高可得到165 gH₂O₂／kWh的反应器能效和8．7 gH₂O₂/kWh的总能效。3．放电系统中，电源变压器漏感L与反应器负载等效电容C形成的LC电路中存在谐振问题，电源工作于谐振频率f_R时其与反应器负载间的阻抗匹配最优。电源工作频率f_W与f_R间的偏离越大，电路的阻抗匹配程度越差，电源的能量注入效率越低。为提高反应器能效，需采用窄极间距的金属高压电极反应器，且应在较高频率下放电。在此基础上设计电源时，应在一定范围内减小变压器漏感L，使f_R增大，同时调整f_W，使放电系统在较高频率范围内实现阻抗匹配。由此可同时得到较高的反应器能效和电源能量注入效率，使合成H₂O₂过程的总能效得到大幅提升。4．等离子体法H₂O₂直接合成过程可以安全、简洁地为选择氧化反应提供高纯度的H₂O₂氧化剂溶液。利用该法现场制备的氧化剂溶液，成功实现了氢氧等离子体合成H₂O₂技术与丙烯液相环氧化反应的集成。在常温常压下，放电反应器的注入功率为3．5W、原料气停留时间为18 s、甲醇溶剂的补入速率为13．2 ml／h时，可得到流量为12 ml／h、浓度为0．70 mol／L的H₂O₂氧化剂溶液。固定床反应器进料中丙烯／H₂O₂摩尔比为4．2、反应温度为50℃、压力为3．0 MPa、进料总空速为3．7 h^-1时，在18 h的运转过程中，此集成装置运行平稳，H₂O₂转化率和有效利用率分别保持在92～94％及72～77％，环氧丙烷选择性与产率稳定于94～95％及63～68％。