Прямая конверсия углекислого газа в плазме коронного разряда Текст научной статьи по специальности «Физика»

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ ИПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Прямая конверсия углекислого газа в плазме коронного разряда

Дегтярев К.Н.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва

Е-mail: k.degtyarev@bk.ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-152-154

Актуальность задачи прямого разложения СО2 отражена в многочисленных работах учёных, ищущих высокоэффективные и экономически рентабельные технологии разложения чистого СО2.

Одним из путей решения проблемы утилизации углекислого газа является организация замкнутого цикла использования СО2 в технологических процессах [1-3]. Предлагается углекислый газ раскладывать до монооксида углерода, который используется для получения синтез-газа — важного сырья химической промышленности [4-5]. Необходимые условия для разложения СО2 могут быть достигнуты в плазмохимических процессах, основанных на использовании электрических разрядов [1-6]. Среди особенностей плазмохимического метода выделяют низкие энергозатраты, компактность газоразрядных устройств и малую материалоёмкость

[7].

Сравнительной характеристикой эффективности разложения углекислого газа являются степень конверсии СО2 а(%) и энергоэффективность устройства СО2 ^(%). Конверсия характеризует отношение числа разложенных молекул СО2 к их исходному количеству и выражается формулой:

Сс02(вх)-Сс02(вых) GC02(bx)

Энергоэффективность рассчитывается по формуле:

*(%) = (1)

= а(%) х-^-. (2)

ст

Для барьерного разряда полученные в экспериментах значения а и ^ не превышают 70 % и 23 %, соответственно [7]. Там же отмечается возможность улучшения характеристик двумя различными способами: совершенствованием конструкции разрядного устройства и применением плазменно-каталитических систем.

22-24 октября 2024 г.

Целью доклада является обсуждение перспективных направлений проектирования разрядных устройств и технологических систем для разложения углекислого газа в коронном разряде.

В настоящем докладе будут представлены состав, описание основных узлов и принцип работы лабораторной установки для разложения СО2 в низкотемпературной плазме коронного разряда, которая находится на кафедре Э4 МГТУ. На ней будет реализован плазменно-каталитический процесс, состоящий из двух этапов, и позволяющий синтезировать из СО2 и Н2 газообразные алканы.

Рис. 1. Чертёж лабораторной установки На первом этапе реализуются следующие реакции.

С02 + 4Н2 о СН4 + 2Н20. (3)

Энергоэффективность рассчитывается по формуле:

СО + ЗЯ2о СН4 + Н20. (4)

На втором этапе протекает эффективная конверсия метана при его фрагментации электронным ударом о полку катализатора, в результате образуются алканы по следующим реакциям:

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ ИПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

СН3- Н + е- о СН3 + Н' + е~, Н -СН2-Н + 2е- о \СН2 + 2Н' + 2е~, 2СЯ4 о С2Я6 + Я2, ЗСЯ4 о С3Я8 + 2Я2.

(5)

(6)

(7)

(8)

Автор выражает благодарность научному руководителю, д.т.н. Галкину М.Л. за постановку научной задачи и обсуждение результатов.

1. Asisov A.A., Vakar R.I., Jivotov A.K., et al., Proc. USSR Acad. Sci. 1983, 271, 94-97.

2. Belov I., Vermeiren V., Paulussen S., Bogaerts A., J. CO2 Util. 2018, 24, 386-397.

3. Berthelot A., Bogaerts A., J. Phys. Chem. P. 2017, 121, 8236-8251.

4. Uytdenhouwen Y., Van Alphen S., Michielsen I., et al., Chem. Eng. J. 2018,348, 557-568

5. Zhang H., Li L., Li X., et al., J. CO2 Util. 2018, 27, 472-479.

6. Лебедев Ю.А., Шахатов В.А., Успехи прикладной физики. 2022, 10(2), 109-131.

7. Котелев М.С., Гущин П.А., Иванов Е.В. и др., Башкирский химический журнал. 2010, 17(3), 175-178.