随着世界石油资源的日益短缺，天然气这一清洁、储量可观的能源越来越受到人们的重视。甲烷是天然气的主要成分，资源丰富。二氧化碳是含碳化合物的最终氧化产物，主要来源于化石燃料的燃烧和排放。二者同为温室气体，又是丰富的碳资源。因此CH₄和CO₂化学合成的研究不仅关系到未来资源的配置，对环境保护也同样有重要意义。本课题结合国家自然科学基金项目《等离子体增强的催化反应机理研究》，尝试采用热等离子体射流方式对原料气体CH₄和CO₂重整制备合成气进行研究。本文共分四个部分：论文第一章综述了传统方法和冷等离子体技术用于甲烷、二氧化碳制合成气的国内外发展状况，同时简要阐述了热等离子体技术在甲烷转化方面的研究和应用，在此基础上提出本论文研究的内容和创新点；第二章分析了氢气为工作气体的热等离子体射流的物理特性。推导了氢分子解离度与温度的关系。联系实际情况，给出不同功率和不同放电气体流量下计算射流温度的自洽方程。求解自洽方程发现，在温度在3000～6000K区间，氢气的解离度很快上升，电弧能量大部分用于氢气的解离，因此射流的焓值很高。对于强吸热的甲烷-二氧化碳重整过程，应将等离子体射流的工作点置于该区间。第三章利用平衡常数法对甲烷二氧化碳重整过程进行热力学分析。计算了不同的原料气配比下温度对转化率、选择性的影响。甲烷、二氧化碳重整制合成气需要在较高的温度下进行，最经济的反应温度是1100K。高于此温度，转化率、选择性没有明显的增加；原料气配比可以调整产物中H₂和CO的选择性，较低的CH₄／CO₂，有利于水的生成，造成氢气选择性降低；反之，氢气选择性增加，CO的选择性降低。以此为依据，结合反应器实际情况，为实验选择的反应条件为平衡温度1400K，CH₄／CO₂为4／6。第四章是实验结果与分析。利用15kW的热等离子体发生器进行了天然气和二氧化碳重整制合成气的实验。考察输入功率、原料气流量和甲烷与二氧化碳的配比对反应转化率、选择性的影响。结果表明：转化率主要由输入功率和原料气流量决定，产品的选择性与原料气的配比密切相关。实验结果与理论分析定性一致。最后对反应过程进行了能量衡算，初步提出了进一步提高能量利用率的方法。在综合考虑多种因素的情况下，等离子体输入功率8.5 kW，原料气1.3 m³／h，原料配比CH₄／CO₂=4∶6，甲烷转化率为87.98％，二氧化碳转化率84.34％，一氧化碳的选择性82.27％，能量产率达到1.63 m mol／kJ，综合指标优于其他等离子体重整反应结果。因此，热等离子体射流重整反应具有处理量大，产物单一，工艺绿色化，若进一步完善提高能量利用率，将显示出良好的应用可能性。