利用甲烷和二氧化碳的重整反应制取合成气，对于缓解能源危机、减轻温室气体的排放具有重要意义。但是，二氧化碳和甲烷化学性质非常稳定，直接转化需要极为苛刻的条件。等离子体过程为这种转化提供了一条新的途径。 等离子体中的化学反应实质上是放电过程与化学反应相互作用的过程，可以利用等离子体反应过程的守恒方程对其进行数值模拟。通过数值模拟计算不仅可以清楚地表示出各种粒子相互竞争反应的过程和主要的基元反应，而且可以针对目标产物选择最有利的反应途径，限制不利的副反应，达到进一步改善和优化反应过程的要求。针对实验中得到的CH<,4>／CO<,2>体系在等离子体作用下的实验结果，本文主要通过以下几个方面的内容对反常辉光放电条件下的反应过程进行了研究分析： 1.介绍了介质垒放电和电晕放电等离子体应用于CH<,4>/CO<,2>体系的实验研究进展和各种数值模拟的方法和原理。通过这些评述可以看到，由于使用的等离子体形式不同，反应转化率与选择性存在较大差别。产生这种差别的原因主要是不同等离子体形式具有不同的能量特征和能量密度。 2.简单介绍了反常辉光放电等离子体的特点，以及应用这种等离子体进行CH<,4>/CO<,2>转化的实验装置和流程。从CH<,4>/CO<,2>转化制合成气的实验结果可以看出，反常辉光放电具有较好的稳定性，输入功率可以在一定的范围内进行调节且功率最大可达117W，远高于普通的冷等离子体放电功率，CH4／CO<,2>处理量能够满足预期的效果，转化率和选择性较好。 3.用平衡常数方法和质量作用定律对反常辉光放电下CH<,4>/CO<,2>转化制合成气进行了热力学计算。结果表明，在平衡温度为600℃时，CH<,4>和CO<,2>的热力学转化值为零，而在反常辉光放电条件下CH<,4>和CO<,2>的实验转化率非零，这说明反常辉光放电条件下的CH<,4>/CO<,2>重整反应具有非热力学平衡特性，与常规反应有着不同的反应机理。要进一步了解反常辉光放电的重整反应必须借助于动力学分析。 4.建立了模拟计算使用的动力学模型。反常辉光放电下CH<,4>/CO<,2>转化制合成气的动力学模型分为电子碰撞反应和自由基反应两个部分，共涉及19种粒子(包括电子)、7个电子碰撞反应、53个自由基反应、18个非线性常微分方程组。通过选择合理的电子温度、电子密度、反应停留时间和电子碰撞反应的速率常数等动力学参数，采用解非线性常微分方程组的程序，对反常辉光放电下CH<,4>/CO<,2>转化制合成气的反应进行了数值模拟。 5.讨论了不同原料气配比、等离子体输入功率、反应停留时间对模拟计算结果的影响，并详细地分析了CH<,4>和CO<，2>转化、H<,2>和CO生成、积碳、积水等6个方面的主要反应。结果表明：选择适当的原料气配比(即CH<,4>/CO<,2>)、增加等离子体输入功率、选择适当的反应停留时间是改善反常辉光下CH<,4>/CO<,2>转化制合成气反应的有效手段。针对本文模拟的反常辉光放电转化CH<,4>/CO<,2>制合成气的化学反应，考虑到反应产物的H<，2>/CO比、反应过程的稳定性等因素，原料气CH<,4>/CO<,2>=4/6应该是最好选择。当原料气CH<,4>/CO<,2>=4/6时，甲烷和二氧化碳的转化率(模拟值)分别是73.7％、64.2％，H<,2>、CO的选择性(模拟值)分别是70.1％、87.4％，H<,2>/CO模拟值为0.696。相对应地，当原料气CH<,4>/CO<,2>=4/6时，甲烷和二氧化碳的转化率(实验值)分别是75.4％、64.1％，H<,2>、CO的选择性(实验值)分别是76.2％、82.1％，H<,2>/CO实验值为0.774。 通过数值模拟计算，本文确定了CH<,4>/CO<,2>重整反应体系中有25个基元反应是主要反应，并由此确定了反应过程中的控制步，这对于设计、优化实验室的反应乃至工业规模的反应是极其重要的。