Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Получение газообразного водорода при пиролизе жидкофазных сред в низкотемпературной плазме

https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.34-36.078-086

Полный текст:

Аннотация

В настоящей работе было показано, что инициируемая в жидкофазных средах в разрядном промежутке между электродами низкотемпературная плазма способна эффективно разлагать водородсодержащие молекулы различных органических соединений и их смесей с образованием газообразных продуктов, в которых доля водорода составляет более 90% по данным газовой хроматографии.

В ходе работы сконструирована и изготовлена экспериментальная установка для получения водорода, включающая в себя стальную реакционную камеру с рубашкой охлаждения, источник питания с регулируемыми параметрами, ультразвуковой генератор и преобразователь, систему газоотбора.

Найдены оптимальные условия получения водорода (выход и селективность) и разработаны принципы автоматизации процесса и конструирования опытно-промышленной установки полунепрерывного действия с целью увеличения производительности. Продукты реакции и чистота получаемого водорода охарактеризованы комплексом инструментальных методов физико-химического анализа, включающим в себя газовую и жидкостную хроматографию, микроскопию, калориметрию и другие методы.

Предварительные оценки энергетического КПД, рассчитанного с учетом теплоты сгорания водорода и исходных веществ, а также затрат электроэнергии показали уровень КПД порядка 60-70% в зависимости от состава исходной смеси. Были проведены также теоретические расчеты напряжения и тока разряда при моделировании процесса, которые согласуются с данными эксперимента.

Побочным продуктом при получении водорода методом акустоплазменного разряда при разложении органических жидкостей является углерод, образующийся в виде агломератов наночастиц различного строения и осаждающийся в ходе реакции на дне реакционной камеры. Как показали результаты анализов и стехиометрических расчетов, на образование этих побочных продуктов расходуется большая часть углерода и кислорода, содержащихся в молекулах исходной жидкости, тем самым образующаяся газообразная смесь значительно обогащена водородом. Полученные наночастицы и их агломераты могут быть также использованы в качестве наполнителей, красителей, компонентов композиционных материалов.

Об авторе

Н. А. Булычев
Физический институт им. П.Н. Лебедева, РАН; Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
Россия

Николай Алексеевич Булычев - доктор химических наук, ведущий научный сотрудник, Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, h-index: 20.

119991, Москва, Ленинский пр-т, 53; 125993, Москва, Волоколамское шоссе, 4



Список литературы

1. Bulychev N.A. Plasma discharge with surround glow in the liquid phase under the impact of ultrasound / Kazaryan M.A., Gridneva E.S., Murav’ev E.N., Solinov V.F., Koshelev K.K., Kosheleva O.K., Sachkov V.I. Chen S.G. // Bull. Lebedev Phys. Inst., - 2012 - Vol. 39 - No. 7 - pp. 214-220.

2. Klassen N. Laser and electric arc synthesis of nanocrystalline scintillators / Krivko O., Kedrov V.V., Shmurak S.Z., Kiselev A.P., Shmyt’ko I.M., Kudrenko E.A., Shekhtman A.A., Bazhenov A.V., Fursova T.N., Abramov V.O., Bulychev N.A., Kisterev E.V. // IEEE Trans. Nucl. Sci., - 2010 - Vol. 57 - No. 3 - pp. 13771381.

3. Ishigami M. Plasma in liquids / Cumings J., Zettl A., Chen S. // Chem. Phys. Lett., - 2000 - Vol. 319 - p. 457.

4. Hsin Y.L. Nanoparticles obtained by plasma discharge / Hwang K.C., Chen F.R., Kai J.J. // Adv. Mater., - 2001 - Vol. 13 - p. 830.

5. Bulychev N.A. Hydrogen Production by Low-Temperature Plasma Decomposition of Liquids / Kazaryan M.A., Averyushkin A.S., Chernov A.A., Gusev A.L. // International Journal of Hydrogen Energy - 2017 - Vol. 42 - pp. 20934-20938.

6. Bulychev N.A. Plasma Discharge in Liquid Phase Media under Ultrasonic Cavitation as a Technique for Synthesizing Gaseous Hydrogen / Kazaryan M.A., Ethiraj A., Chaikov L.L. // Bull. Lebedev Phys. Inst., -2018 - Vol. 45 - No. 9 - pp. 263-266.

7. Bulychev N.A. Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 1. Method for producing particles / Kazaryan M.A., Chaikov L.L., Burkhanov I.S., Krasovskii V.I. // Bull. Lebedev Phys. Inst., - 2014 - Vol. 41 - No. 9 - pp. 264-268.

8. Burkhanov I.S. Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 2. Sizes and stability. Dynamic light scattering study / Chaikov L.L., Bulychev N.A., Kazaryan M.A., Krasovskii V.I. // Bulletin of the Lebedev Physics Institute - 2014 -Vol. 41 - No. 10 - pp. 297-304.

9. Ivanov A.V. Properties of metal oxide nanoparticles prepared by plasma discharge in water with ultrasonic cavitation / Nikiforov V.N., Shevchenko S.V., Timoshenko V.Yu., Pryadun V.V., Bulychev N.A., Bychenko A.B., Kazaryan M.A. // Int. J. Nanotechnol. -2017 - Vol. 14 - Nos. 7/8 - pp. 618-626.

10. Bulychev N.A. Peculiarities of Metal Oxide Nanoparticles Obtained in Acoustoplasma Discharge / Kazaryan M.A., Nikoforov V.N., Shevchenko S.N., Yakunin V.G., Timoshenko V.Yu., Bychenko A.B., Sredin V.G. // J. Tech. Phys. Lett. - 2016 - Vol. 42 - I. 9 - pp. 105-110.

11. Formalev V.F. Heat transfer with absorption in anisotropic thermal Protection of high-temperature products / Kolesnik S.A., Garibyan B.A. // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences - 2019 - Vol. 86 - I. 5 - pp. 35-49.

12. Formalev V.F. Mathematical modeling of heat transfer in anisotropic plate with internal sinks / Kolesnik S.A., Garibyan B.A. // Computational Mechanics and Modern Applied Software Systems (CMMASS’2019) AIP Conf. Proc. - 2019 - Vol. 2181 -article 020003.

13. Formalev V.F. On Thermal Solitons during Wave Heat Transfer in Restricted Areas / Kolesnik S.A. // High Temperature - 2019 - Vol. 57 - I. 4 - pp. 498502.

14. Formalev V.F. Heat Transfer in a Half-Space with Transversal Anisotropy Under the Action of a Lumped Heat Source / Kolesnik S.A. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics - 2019 - Vol. 92 - I. 1 - pp. 52-59.

15. Formalev V.F. Simulation of Nonequilibrium Heat Transfer in an Anisotropic Semispace Under the Action of a Point Heat Source / Kartashov E.M., Kolesnik S.A. // Journal of Engineering Physics and Thermophysics - 2019 - Vol. 92 - I. 6 - pp. 1537-1547.

16. Ioni Yu.V. Preparation of Finely Dispersed Nanographite / Tkachev S.V., Bulychev N.A., Gubin S.P. // Inorganic Materials - 2011 - Vol. 47 - No. 6 -pp. 597-602.

17. Bulychev N.A. Nanotechnological Aspects of Temperature-Dependent Decomposition of Polymer Solutions / Kuznetsova E.L., Bodryshev V.V., Rabinskiy L.N. // Nanoscience and Technology. An International Journal - 2018 - Vol. 9 - I. 2 - pp. 91-97.

18. Nikiforov V.N. Elastic properties of HTSC ceramics / Bulychev N.A., Rzhevskii V.V. // Bulletin of the Lebedev Physical Institute - 2016 - Vol. 43 - I. 2 -pp. 74-79.

19. Ganiev R.F. Effect of mechanical activation on surface modification in aqueous pigment disperse systems / Bulychev N.A., Fomin V.N., Arutyunov I.A., Eisenbach C.D., Zubov V.P., Malyukova E.B. // Doklady Chemistry - 2006 - Vol. 407 - pp. 54-56.

20. Bulychev N.A. Ultrasonic Treatment Assisted Surface Modification of Inorganic and Organic Pigments in Aqueous Dispersions / Kisterev E.V., Arutunov I.A., Zubov V.P. // Journal of the Balkan Tribological Association - 2008 - Vol. 1 - No. 14 - pp. 30-39.

21. Bulychev N. Structure of Adsorption Layers of Amphiphilic Copolymers on Inorganic or Organic Particle Surfaces / Dervaux B., Dirnberger K., Zubov V., Du Prez F.E., Eisenbach C.D. // Macromol. Chem. Phys -2010 - Vol. 9 (211) - pp. 971-977.

22. Rudnev A.V. Study of stability and dispersion composition of calcium hydroxyapatite in aqueous suspensions by capillary zone electrophoresis / Vanifatova N.G., Dzherayan T.G., Lazareva E.V., Bulychev N.A. // Russian Journal of Analytical Chemistry - 2013 - Vol. 68 - I. 8 - p. 700.

23. Kirilina Yu.O. Organic-inorganic hybrid hydrogels based on linear poly(N-vinylpyrrolidone) and products of hydrolytic polycondensation of tetramethox-ysilane / Bakeeva I.V., Bulychev N.A., Zubov V.P. // Polymer Science Series B - 2009 - Vol. 51 - I. 3-4 -pp. 135.


Для цитирования:


Булычев Н.А. Получение газообразного водорода при пиролизе жидкофазных сред в низкотемпературной плазме. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2020;(34-36):78-86. https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.34-36.078-086

For citation:


Bulychev N.A. Obtaining of gaseous hydrogen by pyrolysis of liquid-phase media in low-temperature plasma. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2020;(34-36):78-86. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2020.34-36.078-086

Просмотров: 13


ISSN 1608-8298 (Print)