Плазменная конверсия этанола
В работе представлены результаты исследований конверсии этанола в электрическом разряде с жидкой стенкой. Для исследования плазмы разряда использовался эмиссионный анализ. Для определения стабильных газо-фазных продуктов конверсии использовалась масс-спектрометрическая методика и газовая хроматограф...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61344 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Плазменная конверсия этанола / В.Я. Черняк, В.В. Юхименко, Ю.И. Слюсаренко, Е. Соломенко, С.В. Ольшевский, И.В. Присяжневич, В.В. Наумов, В. Лукьянчиков, В.П. Демчина, В.С. Кудрявцев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 165-169. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859760673887617024 |
|---|---|
| author | Черняк, В.Я. Юхименко, В.В. Слюсаренко, Ю.И. Соломенко, Е. Ольшевский, С.В. Присяжневич, И.В. Наумов, В.В. Лукьянчиков, В. Демчина, В.П. Кудрявцев, В.С. |
| author_facet | Черняк, В.Я. Юхименко, В.В. Слюсаренко, Ю.И. Соломенко, Е. Ольшевский, С.В. Присяжневич, И.В. Наумов, В.В. Лукьянчиков, В. Демчина, В.П. Кудрявцев, В.С. |
| citation_txt | Плазменная конверсия этанола / В.Я. Черняк, В.В. Юхименко, Ю.И. Слюсаренко, Е. Соломенко, С.В. Ольшевский, И.В. Присяжневич, В.В. Наумов, В. Лукьянчиков, В.П. Демчина, В.С. Кудрявцев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 165-169. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В работе представлены результаты исследований конверсии этанола в электрическом разряде с жидкой стенкой. Для исследования плазмы разряда использовался эмиссионный анализ. Для определения стабильных газо-фазных продуктов конверсии использовалась масс-спектрометрическая методика и газовая хроматография. Определены энергозатраты на конверсию этанола в синтез-газ. Проведено сравнение эффективности данного метода с другими известными плазменными методами.
В роботі представлено результати досліджень конверсії етанолу в електричному розряді з рідкою стінкою. Для дослідження плазми розряду використовувався емісійний аналіз. Для визначення стабільних газо-фазних продуктів конверсії використовувалась мас-спектрометрична методика та газова хроматографія. Визначені енерговитрати на конверсію етанолу в синтез-газ. Проведено порівняння ефективності даного методу з іншими відомими плазмовими методами.
The results of researches of ethanol conversion in the electrical discharge with a liquid wall are presented in work. The emission analysis for investigation of discharge plasma was used. The mass-spectrometric and gas chromatography techniques for investigation of stable gas-core conversion products were used. The power inputs on conversion of ethanol in synthesis - gas were determined. The comparisons of efficiency of the given method with other known plasma methods were carry out.
|
| first_indexed | 2025-12-02T02:47:01Z |
| format | Article |
| fulltext |
Введение
Сегодня проводится интенсивный поиск но;
вых жидких топлив (биотоплива, синтетичес;
кие топлива из горючих сланцев и т.д.), кото;
рые могут заменить традиционные топлива,
получаемые из нефти. При этом открытым ос;
тается вопрос о качестве таких топлив. Поэто;
му весьма актуальными являются исследова;
ния реформирования топлив с целью
эффективного управления процессом их горе;
ния. Так, из физических и химических аспектов
горения известно, что добавление в топливо
легких компонент, имеющих низкие темпера;
туры воспламенения, увеличивающих скорость
распространения волны горения, существенно
улучшает процесс горения [1]. Одним из подхо;
дов получения легких топливных компонент
является использование плазменного рефор;
минга, который позволяет получить свободный
H2, CO, C2H2 и т.д. из тяжелых исходных угле;
водородных топлив. При этом сегодня извест;
но несколько методов такого плазменного ре;
форминга [2;5]. В этой работе рассматривается
конверсия этанола в мало исследованном элек;
трическом разряде в газовом канале с жидкой
стенкой [6, 7] и проведено сравнение энерго;
эффективности конверсии с другими извест;
ными плазменными методами.
Экспериментальная установка
Экспериментальная установка для исследова;
ния конверсии углеводородных топлив и измере;
ния величины энергозатрат на получение газо;
фазных продуктов конверсии представлена на
рисунке 1. Она состоит из кварцевого цилиндра
1. Цилиндр герметически закрывается дюрале;
выми фланцами 2, в которые вмонтирована сис;
тема электродов 3. В трубки 4 с электродами 3
подается воздух, обтекает электроды по бокам и
выходит из открытых концов трубок. В реактор,
сквозь трубку 7, заливается жидкость 6. Уровень
жидкости поддерживается постоянным с помо;
щью системы сообщающихся сосудов. Давление
в реакторе и в системе сообщающихся сосудов
поддерживается одинаковым с помощью трубки
8. В верхний фланец вмонтирована также трубка
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 165
В роботі представлено результати
досліджень конверсії етанолу в елект)
ричному розряді з рідкою стінкою. Для
дослідження плазми розряду викорис)
товувався емісійний аналіз. Для визна)
чення стабільних газо)фазних продуктів
конверсії використовувалась мас)спек)
трометрична методика та газова хрома)
тографія. Визначені енерговитрати на
конверсію етанолу в синтез)газ. Прове)
дено порівняння ефективності даного
методу з іншими відомими плазмовими
методами.
В работе представлены результаты
исследований конверсии этанола в эле)
ктрическом разряде с жидкой стенкой.
Для исследования плазмы разряда ис)
пользовался эмиссионный анализ. Для
определения стабильных газо)фазных
продуктов конверсии использовалась
масс)спектрометрическая методика и
газовая хроматография. Определены
энергозатраты на конверсию этанола в
синтез)газ. Проведено сравнение эф)
фективности данного метода с другими
известными плазменными методами.
The results of researches of ethanol
conversion in the electrical discharge with
a liquid wall are presented in work. The
emission analysis for investigation of dis)
charge plasma was used. The mass)spec)
trometric and gas chromatography tech)
niques for investigation of stable gas)core
conversion products were used. The power
inputs on conversion of ethanol in synthe)
sis ) gas were determined. The compar)
isons of efficiency of the given method with
other known plasma methods were carry
out.
УДК 533.9
ЧЕРНЯК В.Я.1, ЮХИМЕНКО В.В.1, СЛЮСАРЕНКО Ю.И.1,
СОЛОМЕНКО Е.1, ОЛЬШЕВСКИЙ С.В.1, ПРИСЯЖНЕВИЧ И.В.1,
НАУМОВ В.В.2, ЛУКЬЯНЧИКОВ В.3, ДЕМЧИНА В.П.3, КУДРЯВЦЕВ В.С.3
1Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко
2Институт фундаментальных проблем высоких технологий НАН Украины
3Институт газа НАН Украины
ПЛАЗМЕННАЯ КОНВЕРСИЯ ЭТАНОЛА
9, которая служит для вывода из системы газов,
которые образуются во время плазменной обра;
ботки жидкости. Потоки воздуха, которые пода;
ются сквозь нижний и верхний электроды, стал;
киваясь, образовывают устойчивый газовый
канал, который соединяет два электрода. На эле;
ктроды подается напряжение от источника по;
стоянного напряжения БП;150, и поджигается
разряд 5, который горит в газовом канале с
жидкой стенкой. В процессе горения разряда
происходит интенсивное выделение тепла, ко;
торое приводит к быстрому повышению тем;
пературы жидкости и стенок реактора. Для ста;
билизации работы реактора и охлаждения газа,
который образуется во время плазменной обра;
ботки, используется водяное охлаждение.
Фланцы охлаждаются с помощью системы во;
дяного охлаждения. Кварцевый цилиндр имеет
водоохлаждаемую рубашку 10. Для определе;
ния температуры жидкости в реакторе исполь;
зовали термопару, помещенную в тонкостен;
ный стеклянный капилляр, погруженный в
жидкость.
Газ, полученный в результате реформирова;
ния, выводился из системы по полиэтиленовой
трубке в два последовательных холодильника.
После этого газ направлялся в калиброванный
объем для измерения скорости его генерации.
Выхлопные газы для масс;спектрометрического
анализа, а так же для газовой хроматографии от;
бирались в специальные, предварительно вакуу;
мированные, емкости. После этого проводился
их анализ. Для масс;спектрометрического анали;
за газа использовался монопольный масс;спект;
рометр.
Для формирования канала в жидкости исполь;
зовались режимы: с подачей воздуха и без его по;
дачи. В качестве рабочих жидкостей использова;
лись: этанол (С2Н5ОН), вода (Н2О) и смеси
этанола с водой. Объем обрабатываемого раство;
ра в реакторе составлял 100 см3.
Результаты и их обсуждение
Время выхода обрабатываемой в реакторе
жидкости на стабильный уровень температуры
составляло: для дистиллята – 6;7 минут; для
спирта – 1;1,5 минуты.
Количество водорода (Н2) в газо;фазных
продуктах конверсии сильно зависит от выбора
газа, формирующего канал. На рис. 2 представ;
лены масс;спектры (М/е) для газо;фазных про;
дуктов конверсии раствора с соотношением
концентрации [C2H5OH] / [H2O] = 1/10. Ток
разряда был I = 200 мА. При постоянной пода;
че воздуха в зону разряда (G = 38 см3/сек) в
масс;спектрах практически не наблюдается
присутствие водорода (рис. 2 а). А при реализа;
ции режима горения разряда без подачи воздуха
в масс;спектрах наблюдается наличие доста;
точно большого пика, соответствующего водо;
роду (рис. 2 б). С масс;спектрометрическими
измерениями состава генерируемого газа хоро;
шо коррелируют хроматографические измере;
ния (таблица 1). Такое отличие в газо;фазных
продуктах конверсии может быть связано с тем,
что при постоянной подаче воздуха в газовый
канал разряда, водород, образующийся при
конверсии, сгорает.
Зависимости энергозатрат на образование га;
зо;фазных продуктов конверсии от состава сме;
си, которая обрабатывалась в реакторе, представ;
лены на рис. 3. Ток разряда был I = 200 мА.
Зависимости представлены для двух режимов: с
потоком воздуха (скорость подачи воздуха –
166 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 1. Экспериментальная установка для
конверсии углеводородных топлив.
G = 38 см3/сек); без подачи воздуха в канал раз;
ряда. Как видно из этих зависимостей, энергоза;
траты на образование газовых продуктов конвер;
сии, в электрическом разряде в газовом канале с
жидкой стенкой, немонотонно зависят от соот;
ношения спирт/вода в смеси и от газа, формиру;
ющего канал.
Минимальное значение энергозатрат на
образование синтез;газа в исследованных ре;
жимах составляло 1,5 кВт·час/м3, что сравни;
мо с энергозатратами на конверсию метана
плазменными методами [8] и указывает на
большую перспективность рассмотренного
подхода.
Оценка эффективности конверсии жидких уг;
леводородных топлив в плазме разряда в газовом
канале с жидкой стенкой и известных плазмен;
ных методов проводилась на основании термохи;
мических расчетов: энергетической цены кубоме;
тра синтез;газа и водорода, производительности
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 167
Рис. 2. Масс)спектр газо)фазных продуктов конверсии: а) с потоком воздуха; б) без потока воздуха.
Та б л и ц а 1 .
Рис. 3. Зависимость величины энергозатрат на
генерацию газо)фазных продуктов конверсии от
состава обрабатываемой смеси.
каждого метода и полной теплоты сгорания ку;
бометра получаемого синтез;газа. Расчеты при;
ведены с учетом известных термических кон;
стант веществ [9] и экспериментальных, данных
полученных нами, и в работах [1;5]. Экспери;
ментальные данные и результаты расчетов (*)
представлены в таблице 2.
Выводы
1. Основными стабильными газовыми
компонентами на выходе реактора при кон;
версии этанола являются: Н2, СО, СН4, С2Н4,
С2Н6.
2. Состав газо;фазных продуктов конверсии
и энергозатраты, на конверсию этанола в синтез;
газ в электрическом разряде в газовом канале с
жидкой стенкой зависят от газа, который форми;
рует канал.
3. Минимальное значение энергозат;
рат в исследованых режимах составляло
~1,5 кВт · час/м3, что говорит о перспек;
тивности данного метода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Cheranjeev S.K., Matveev I., Gutsol A.,
Fridman A. Transient gliding arc for fuel ignition and
combustion control // Drexel Plasma Institute.
2. Буяков И.Ф., Бородин В.И., Чернухо А.П.,
Солнцев А.П., Кузьмицкий С.А., Жданок С.А., За[
руцкая Н.А. Исследование процесса конверсии
смеси СН4;Н2О в плазме высоковольтного разря;
да атмосферного давления // IV Минский меж;
дународный форум Тепломассообмен в Химически
Реагирующих Системах. – Май, 22;26. – 2000. –
Т. 4. – С. 131;137.
3. Young Nam Chun and Hyoung Oon Song
Syngas production from propane using gliding arc
plasma reforming // Environmental Engineering
Science. – 2006. – V. 23, № 6. – pp. 1017;1023.
4. Fridman A. Hydrogen production from hydro;
carbons, H2O and H2S, stimulated by non;thermal
atmospheric pressure plasma // Drexel University –
http://plasma.mem.drexel.edu/.
5. Bromberg L., Cohn D.R., Rabinovich A.,
Alexeev N., Samokhin A., Hadidi K., Palaia J.,
168 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Та б л и ц а 2 .
Margarit[Bel N. Onboard plasmatron hydrogen pro;
duction for improved vehicles // MIT Plasma Science
and Fusion Center. – 2006. – 173 P. –
http://www.psfc.mit.edu/ library1/catalog/reports/2000/.
6. Chernyak V., Yukhymenko V., Slyusarenko Yu.
Conversion of ethanol in plasma of the electrical dis;
charge in the air channel with liquid wall // 16th
Symposium on Application of Plasma Processes,
Book of Abstracts. – Podbanske, Slovakia. – January,
20;25. – 2007. – pp. 137–138.
7. Chernyak V.Ya., Matejcik S., Yukhymenko V.V.,
Skalny J.D., Prisyazhnevich I.V., Naumov V.V., Sabo M.
Properties of plasma of the electrical discharge in the air
channel with a water wall // 16th Symposium on Application
of Plasma Processes, Book of Abstracts. – Podbanske,
Slovakia. – January, 20;25. – 2007. – pp. 115–116.
8. Djakov A.F., Rusanov V.D. Hydrogen in energy
in long;term prospect // http://www.worldenergy.org/
wec;geis/publications/.
9. www.nist.gov/srd.
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 169
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61344 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T02:47:01Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Черняк, В.Я. Юхименко, В.В. Слюсаренко, Ю.И. Соломенко, Е. Ольшевский, С.В. Присяжневич, И.В. Наумов, В.В. Лукьянчиков, В. Демчина, В.П. Кудрявцев, В.С. 2014-04-30T17:23:21Z 2014-04-30T17:23:21Z 2007 Плазменная конверсия этанола / В.Я. Черняк, В.В. Юхименко, Ю.И. Слюсаренко, Е. Соломенко, С.В. Ольшевский, И.В. Присяжневич, В.В. Наумов, В. Лукьянчиков, В.П. Демчина, В.С. Кудрявцев // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 165-169. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61344 533.9 В работе представлены результаты исследований конверсии этанола в электрическом разряде с жидкой стенкой. Для исследования плазмы разряда использовался эмиссионный анализ. Для определения стабильных газо-фазных продуктов конверсии использовалась масс-спектрометрическая методика и газовая хроматография. Определены энергозатраты на конверсию этанола в синтез-газ. Проведено сравнение эффективности данного метода с другими известными плазменными методами. В роботі представлено результати досліджень конверсії етанолу в електричному розряді з рідкою стінкою. Для дослідження плазми розряду використовувався емісійний аналіз. Для визначення стабільних газо-фазних продуктів конверсії використовувалась мас-спектрометрична методика та газова хроматографія. Визначені енерговитрати на конверсію етанолу в синтез-газ. Проведено порівняння ефективності даного методу з іншими відомими плазмовими методами. The results of researches of ethanol conversion in the electrical discharge with a liquid wall are presented in work. The emission analysis for investigation of discharge plasma was used. The mass-spectrometric and gas chromatography techniques for investigation of stable gas-core conversion products were used. The power inputs on conversion of ethanol in synthesis - gas were determined. The comparisons of efficiency of the given method with other known plasma methods were carry out. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Плазменная конверсия этанола Plasma conversion of ethanol Article published earlier |
| spellingShingle | Плазменная конверсия этанола Черняк, В.Я. Юхименко, В.В. Слюсаренко, Ю.И. Соломенко, Е. Ольшевский, С.В. Присяжневич, И.В. Наумов, В.В. Лукьянчиков, В. Демчина, В.П. Кудрявцев, В.С. |
| title | Плазменная конверсия этанола |
| title_alt | Plasma conversion of ethanol |
| title_full | Плазменная конверсия этанола |
| title_fullStr | Плазменная конверсия этанола |
| title_full_unstemmed | Плазменная конверсия этанола |
| title_short | Плазменная конверсия этанола |
| title_sort | плазменная конверсия этанола |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61344 |
| work_keys_str_mv | AT černâkvâ plazmennaâkonversiâétanola AT ûhimenkovv plazmennaâkonversiâétanola AT slûsarenkoûi plazmennaâkonversiâétanola AT solomenkoe plazmennaâkonversiâétanola AT olʹševskiisv plazmennaâkonversiâétanola AT prisâžnevičiv plazmennaâkonversiâétanola AT naumovvv plazmennaâkonversiâétanola AT lukʹânčikovv plazmennaâkonversiâétanola AT demčinavp plazmennaâkonversiâétanola AT kudrâvcevvs plazmennaâkonversiâétanola AT černâkvâ plasmaconversionofethanol AT ûhimenkovv plasmaconversionofethanol AT slûsarenkoûi plasmaconversionofethanol AT solomenkoe plasmaconversionofethanol AT olʹševskiisv plasmaconversionofethanol AT prisâžnevičiv plasmaconversionofethanol AT naumovvv plasmaconversionofethanol AT lukʹânčikovv plasmaconversionofethanol AT demčinavp plasmaconversionofethanol AT kudrâvcevvs plasmaconversionofethanol |