ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕРСИИ МЕТАНА В СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОМ РАЗРЯДЕ

В данной работе представлены результаты экспериментов по получению водорода с помощью пиролиза метана с применением сверхвысокочастотного (СВЧ) разряда на установке для прикладных исследований ПМ-6. Впервые получены результаты экспериментов по влиянию параметров установки (мощность СВЧ разряда, соотношение газов) на эффективность конверсии природного газа в водород. Реализована технология получения водорода с использованием СВЧ разряда с максимальной степенью конверсии метана до 82 % и селективностью водорода до 15 %. Результаты проведенных исследований получения водорода из метана в среде аргона с использованием СВЧ разряда могут быть использованы в экспериментах по разложению метана с применением катализаторов для улучшения эффективности процесса разложения.

1. K. Kapdan, F. Kargi, Bio-hydrogen production from waste materials, Enzyme and Microbial Technology, vol. 38(5), p.p. 569–582, 2006; https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2005.09.015

2. W. Cheng, S. Lee, How Green Are the National Hydrogen Strategies? // Sustainability. – 2022. – Vol. 14(3). – P. 1930. https://doi.org/10.3390/su14031930

3. A. Neacsa, C.N. Eparu, D.B. Stoica, Hydrogen – Natural Gas Blending in Distribution Systems // An Energy, Economic, and Environmental Assessment / Energies. – 2022. – Vol. 15. – P. 6143. https://doi.org/10.3390/en15176143

4. IRENA, Hydrogen: A renewable energy perspective // International Renewable Energy Agency. – Abu Dhabi. – 2019. 5. M. Momirlan, T.N. Veziroglu The properties of hydrogen as fuel tomorrow in sustainable energy system for a cleaner planet // International Journal of Hydrogen Energy. – 2005. – Vol. 30(7). – P. 795–802. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2004.10.011

5. J. Andrews, B. Shabani, Where does hydrogen fit in a sustainable energy economy? // Procedia Engineering. – 2012. – Vol. 49. – P. 15–25. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.10.107

6. T.S. Uyar, D. Besikci, Integration of hydrogen energy systems into renewable energy systems for better design of 100% renewable energy communities // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. Vol. 42(4). – P. 2453–2456. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.09.086

7. B. Gaudernack, S. Lynum, Hydrogen from natural gas without release of CO2 to the atmosphere // International Journal of Hydrogen Energy. – 1998. – Vol. 23(12). – P. 1087–1093. https://doi.org/10.1016/S0360-3199(98)00004-4.

8. Company Carbonblack Monolith Inc. [online], https://carbonblack.monolith-corp.com/

9. Company Modern Hydrogen Inc. [online], https://modernhydrogen.com/

10. S. Timmerberga, M. Kaltschmitta, M. Finkbeiner, Hydrogen and hydrogen-derived fuels through methane decomposition of natural gas– GHG emissions and costs // Energy Conversion and Management: X. – 2020. – Vol. 7. – P. 100043. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2020.100043

11. Company Ekona Power Inc. [online], https://www.ekonapower.com

12. Huntsman-NMG Corporation [online], https://www.huntsman.com.

13. R. M. Navarro, M. A. Peña, and J. L. G. Fierro, Hydrogen Production Reactions from Carbon Feedstocks: Fossil Fuels and Biomass // Chemical Reviews. – 2007. – Vol. 107(10). – P. 3952–3991. https://doi.org/10.1021/cr0501994

14. Радиоволновой контроль: учеб. пособие / Матвеев В. И.; Рос. о-во по неразрушающему контролю и технической диагностике; общ. ред. Клюев В. В. – М.: Спектр. – 2011. [Radiovolnovoy kontrol': ucheb. posobie / Matveev V. I.; Ros. o-vo po nerazrushayushchemu kontrolyu i tekhnicheskoy diagnostike; obshch. red. Klyuev V. V. – Moscow: Spektr. – 2011.] (In Russ.)

15. I. Rusu, J. Cormier, A. Khacef, Hydrogen production from simple compounds via Plasma reactors, Social Science Research Network, Science Direct Working Paper No S1574-0331(04)70527-5, Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=2969569.

16. A. Czernichowski, P. Czernichowski, Pyrolysis of natural gas in the gliding electric discharges, 10th Canadian Hydrogen Conference, 2000. 18. S. Ravasio, C. Cavallotti, Analysis of reactivity and energy efficiency of methane conversion through non thermal plasmas // Chemical Engineering Science. – 2012. – Vol. 84. – P. 580–590. https://doi.org/10.1016/j.ces.2012.09.012.

17. M. Skakov, A. Miniyazov, T. Tulenbergenov, I. Sokolov, G. Zhanbolatova, A. Kaiyrbekova, A. Agatanova. Hydrogen production by methane pyrolysis in the microwave discharge plasma // AIMS Energy. – 2024. – Vol. 12(3). – P. 548–560. https://doi.org/10.3934/energy.2024026.

18. L. S. Kassel, The Role of Methyl and Methylene Radicals in the Decomposition of Methane // Journal of the American Chemical Society. – 1935. – Vol. 57(5). – P. 833–834. https://doi.org/10.1021/ja01308a013

19. L. S. Kassel, The thermal decomposition of methane // Journal of the American Chemical Society. – 1932. – Vol. 54(10). – P. 3949–3961. https://doi.org/10.1021/ja01349a019

20. В.А. Богомолов, А.П. Кожан, О.Б. Бондаренко, А.И. Ховавк, К.В. Семейко, Механизм пиролиза метана // Энерготехнологии и энергосбережение. – 2013. – № 3. [V.A. Bogomolov, A.P. Kozhan, O.B. Bondarenko, A.I. Khovavk, K.V. Semeyko, Mekhanizm piroliza metana // Energotekhnologii i energosberezhenie. – 2013. – No. 3.] (In Russ.)

21. Б. М. Смирнов, Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме, – М.: Атомиздат. – 1968. – 363 с. [B. M. Smirnov, Atomnye stolknoveniya i elementarnye protsessy v plazme, – Moscow: Atomizdat. – 1968. – 363 p.] (In Russ.)

22. O. Khalifeh, H. Taghvaei, A. Mosallanejad, M. R. Rahimpour, A. Shariati, Extra pure hydrogen production through methane decomposition using nanosecond pulsed plasma and Pt–Re catalyst // Chemical Engineering Journal. – 2016. – Vol. 294. – P. 132–145. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.02.077