Плазменно-электролитные разряды в газожидкостной среде для получения водорода

ЦЕЛЬ. Комплексное исследование воздействия плазмы электрического разряда постоянного тока в газожидкостной среде неорганических смесей с целью получения газообразного водорода. Получить вольтамперные, вольт-секундные и ампер-секундные характеристики разряда при различных концентрациях электролита Изучить процесс электролиза, пробоя, зажигания разряда и течения разряда в диэлектрической трубке при постоянном токе. МЕТОДЫ. Для решения поставленной задачи проводились экспериментальные исследования на модельной установке, которая состоит из системы электропитания, разрядной камеры, аппаратуры контроля и управления работой установки и измерения характеристик электрического разряда. Для анализа устойчивости разряда были получены зависимости пульсации напряжения и тока разряда во времени. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведены экспериментальные исследования между электролитическим катодом и электролитическим анодом при постоянном токе и при атмосферном давлении со следующими параметрами: напряжение разряда U=0,1- 1,5 кВ, ток разряда I=0.02-2,3 А, межэлектродное расстояние l=100 мм, в качестве электролитов использовались 1%, 3 % и 5% растворы хлорида натрия в водопроводной воде. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Показано, что электрический пробой и зажигание устойчивого во времени разряда зависит от проводимости газожидкостной среды электролита. Характер вольт- амперных характеристик зависит от происходящих случайных процессов в газожидкостной среде, что связано с многочисленными пробоями, происходящими в газожидкостной среде электролита, горением и затуханием микроразрядов, возникновением пузырьков, движением электролита внутри диэлектрической трубки. Показано, что генерация водорода и водородосодержащих компонентов может идти как на стадии электролиза, так и при горении разряда. Особенностью данного способа является то, что электрические разряды в трубке увеличивают выделение водорода. В данной установке могут быть использованы неорганические жидкости определенного состава и концентрации. Результаты экспериментальных исследований позволили разработать и создать малогабаритную установку для получения газообразного водорода. Испытания показали, что малогабаритную установку можно взять как основу промышленной установки для получения газообразного водорода.

1. Хорасанов Г.Л., Колесов В.В., Коробейников В.В. и др. Исследование возможности конверсии метана в синтез-газ и водород с использованием водяного пара быстрых натриевых реакторов // Труды регионального конкурса проектов фундаментальных научных исследований. Выпуск 22. 2017. С.254-261.

2. Fan, Z., Weng, W., Zhou, J., et al. Catalytic decomposition of methane to produce hydrogen: A review // Journal of Energy Chemistry. 2021. N58. pp.415-430.

3. Мальцев В.А., Нерушев О.А., Новопашин С.А. Способ получения водорода и углеродных нанотрубок из углеводородного газа. Патент РФ на изобретение RU 2414418 C2. 20.03.2011. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37744491. Ссылка активна на 02.04.2021.

4. Yan, X., Li, Y., Sun, C., et al. Hydrogen production from absorption-enhanced steam gasification of Enteromorpha prolifera and its char using Ce-doped CaO material // Fuel. 2021. Vol.287, N1. 119554.

5. Liu, S., Guo, L., Jin, H., et al. Hydrogen production by supercritical water gasification of coal: A reaction kinetic model including nitrogen and sulfur elements // International Journal of Hydrogen Energy. 2020. Vol.45, N56. pp. 31732-31744.

6. Булычев Н.А., Казарян М.А., Этираи А., и др. Плазменный разряд в жидкофазных средах под действием ультразвуковой кавитации как метод синтеза газообразного водорода // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2018. Т.45. № 9.

7. Wang, L., Yang, C., Thangavel, et al. Enhanced hydrogen production in microbial electrolysis through strategies of carbon recovery from alkaline/thermal treated sludge // Frontiers of Environmental Science and Engineering. 2021. Vol 15. N4. pp.56.

8. Жерлицын А.Г., Корженко Д.В., Шиян В.П. Получение водорода из природного газа в плазме СВЧ- разряда при атмосферном давлении. Газовая промышленность, 2018. № 11 (777). С. 104-113.

9. Галимзянов И.И., Гайсин А.Ф., Фахрутдинова И.Т., и др. Некоторые особенности развития электрического разряда между струйным анодом и жидким катодом // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56. № 2. С. 306-309.

10. Mezei P., Ceserfalvi T. Electrolyte cathode atmospherie glow dischartsyges for direct solution analysis // Applied Spectroscopy Reviews. 2007. Vol.42, N.6. pp. 573 – 604. DOI: 10.1080/05704920701624451.

11. Садриев Р.Ш., Гайсин Аз.Ф., Насыбуллин Р.Т., и др. Некоторые особенности дуги переменного тока малой мощности и низкой частоты между твердым и жидким электродами // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. № 3. С. 465-468.

12. Гайсин Ал.Ф., Кашапов Н.Ф. Исследование физических процессов в зоне газового разряда между жидкими электродами // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Т.4 № 350. С. 19-22.

13. Akhatov M. F., Kayumov R. R., Mardanov R. R., et al. Voltage drop in the jet electrolytic cathode // Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1588 (1) 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/1588/1/012004

14. Takseitov, R.R., Galimova, R.K., Yakupov, Za.Y. Calculation of portable properties of some real gas mixtures at high temperatures // Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1588(1). 012065.

15. Багаутдинова Л.Н., Садриев Р.Ш., Гайсин А.Ф., и др. Некоторые особенности диэлектрического барьерного разряда с жидким и твердым электродами // Теплофизика высоких температур. 2019. Т.57. № 6. С. 953-956.

16. Гайсин А.Ф., Басыров Р.Ш., Сон Э.Е. Модель тлеющего разряда между электролитическим анодом и металлическим катодом // Теплофизика высоких температур. 2015. Т.53. № 2. С.193.

17. Gajsin F.M., Galimova R.K., Khakimov R.G. Vapor-gas discharge with nontraditional electrodes // Elektronnaya Obrabotka Materialov. 1994. №5. pp.27–29. (In Russ).