Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор 9
1.1 Плазмохимические процессы конверсии углеводородного сырья 9
1.2 Плазмохимические процессы конверсии углекислого газа 20
1.3 Каталитические процессы получения синтез газа из метана . 28
Глава 2 Экспериментальная часть
2.1 Описание разработанной конструкции экспериментальной установки. 36
2.2 Методика обработки результатов 48
Глава 3 Результаты и их обсуждение 52
3.1 Моделирование процессов конверсии углекислого газа и метана. 52
3.1.1 Углекислотная конверсия метана 65
3.1.2 Конверсия углекислого газа.
3.2 Углекислотная конверсия метана в реакторе предложенной конструкции на электродах, изготовленных из различных металлов и сплавов . 75
3.3 Конверсия углекислого газа на электродах, изготовленных из различных металлов и сплавов. 80
3.4 Конверсия метана в смеси с аргоном на разработанной конструкции. 82
3.5 Получение ультрадисперсных порошков оксидов металлов. 84
3.6 Изучение структуры получаемых ультрадисперсных порошков 87
Список литературы
- Плазмохимические процессы конверсии углекислого газа
- Каталитические процессы получения синтез газа из метана
- Методика обработки результатов
- Углекислотная конверсия метана в реакторе предложенной конструкции на электродах, изготовленных из различных металлов и сплавов
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время выбросы углекислого газа в атмосферу из различных источников составляют приблизительно 2 х 109 г в год. В соответствии с Киотским протоколом промышленно развитые страны должны сокращать эмиссию парниковых газов в среднем на 5,2 % в год в ближайшие 5 лет. Однако, возрастание доли развивающихся стран в увеличении техногенных выбросов С02 и резкое снижение возможностей окружающей среды к его абсорбции, по мнению ведущих ученых, уже в настоящее время сделали этот процесс необратимым. Для предотвращения негативных последствий парникового эффекта необходимо снижение содержания С02 до уровня, существовавшего в доиндустриальную эпоху - до 350 ррт (в настоящее время 385 ррт).
Расчеты показывают, что использование единственного на настоящий момент технологичного способа секвестрации углекислого газа- закачки его в геологические формации, потребует огромных затрат в размере 20 трлн. долларов США для снижения его концентрации на 50 ррт. В связи с этим поиск принципиально новых эффективных методов снижения эмиссии углекислого газа за счет вовлечения его в технологические процессы становится чрезвычайно актуальным.
Особый интерес представляет углекислотная конверсия метана с получением синтез-газа. Промышленное применение данного процесса сдерживается высокими энергозатратами для компенсации высокой эндотермичности реакции, а также низкой стабильностью катализаторов.
Альтернативой этому процессу является прямое разложение С02 до СО и 02 Расчеты показывают, что для его проведения требуется температуры выше 1500 С и использование катализаторов нового типа.
Наряду с термокаталитическими процессами углекислотной конверсии метана особый интерес представляют плазменные процессы. К их несомненным преимуществам можно отнести: высокую энергонапряжённ
системы, более высокие скорости реакций за счет значительных концентраций активных частиц, возможность использования сырья без специальной подготовки, возможность получения целевых продуктов в одну стадию.
Все это позволяет рассматривать плазменно-каталитические технологии переработки углекислого газа и метана как весьма перспективные для утилизации техногенного углекислого газа с целью получения альтернативных топлив и полупродуктов нефтехимического синтеза.
Цель и задачи исследования. Основным направлением исследований являлось изучение плазменно-каталитических превращений углекислого газа и метана в условиях СВЧ-разряда.
Для достижения этой цели в диссертации необходимо было решить следующие задачи:
анализ существующих методов плазмохимических переработки метана и углекислого газа;
разработка математических моделей процессов конверсии метана и углекислого газа в плазме СВЧ-разряда;
исследование влияния параметров проведения процесса на выход и состав продуктов переработки;
выявление механизма протекания процесса на основе экспериментальных данных и математического моделирования.
разработка конструкции плазменно-каталитического реактора, позволяющего эффективно превращать углекислый газ и метан в ценные продукты.
Научная новизна.
Выявлено каталитическое действие материала электрода на плазмохимический процесс углекислотной конверсии метана и показана возможность проведения плазмохимического и каталитического процесса в одном реакторе.
Показана возможность конверсии углекислого газа в монооксид углерода и кислород в условиях СВЧ-разряда и выявлены лимитирующие стадии процесса.
Выявлена возможность получения ультрадисперсных порошков металлов и сплавов (в том числе нанооксидов металов) в плазме СВЧ-разряда в присутствии углекислого газа.
Практическая ценность.
Разработана простая в изготовлении конструкция плазменно-каталитического реактора конверсии газов с низкой энерго- и материалоемкостью и большим ресурсом работы.
Полученные результаты легли в основу проекта технологической схемы и технического задания для опытно-конструкторских работ ГК № 02.516.11.6137 в рамках работ по Федеральной целевой программе "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса на 2007-2012 годы"
Разработан метод получения ультрадисперсных порошков на базе нанооксидов металлов, который может лечь в основу получения новых катализаторов процессов переработки нефти и нефтехимического синтеза, а также создания материалов для защиты радиоэлектронного оборудования и техники от электромагнитного излучения.
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы представлены в Отчетах по Государственным контрактам 02.516.11.6037 (№ гос. регистрации 0120.0 712547) и 02.516.11.6137 (№ гос. регистрации 0120.0 711833).
Результаты работы докладывались на 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (January 8th - January 11th, 2007 in Reno, Nevada), II Международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов» (Москва, Россия, 12-13 октября 2006 г.), 7-й научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, Россия, 29-30 января 2007 г.), 7-й
Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва, Россия, 25-28 сентября 2007 г.).
Публикации. По материалам работы опубликовано 5 статей, 3 тезиса и 3 доклада в сборниках трудов научно-технических конференций, получены положительные решения по заявкам на 2 патента Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 112 страницах, состоит из введения, трех глав, включающих 16 таблиц, 24 рисунка, списка литературы из 108 наименований.
Плазмохимические процессы конверсии углекислого газа
В работе [17] экспериментально исследуется возможность использования биотоплива (авторы называют этим термином биомассу переработанную в жидкий углеводородный продукт) в качестве сырья для плазмохимического производства водорода. Показано, что в случае использования дугового плазмотрона, совмещённого с каталитическим блоком, конверсия существенно увеличивается по сравнению с чисто каталитическим окислением.
В работах [1], [12], [13], [18] авторами использовался дуговой плазмотрон мощностью 2,1 кВт при этом в работе [1] он использовался для конверсии дизельного топлива, а в [13] для конверсии природного газа в синтез-газ с последующей доработкой синтез-газа в каталитическом реакторе сдвига. Расход дизельного топлива в исследовании [1] изменялся в диапазоне 0,31-0,4 г/с, воздух подавался в соотношении парциального окисления, расход воды (для реактора сдвига) варьировался в диапазоне Н20/С=1Д6 -2,6.
Авторами приводятся следующие данные по конверсии дизельного топлива в этой системе: удельные энергозатраты на получение водорода 29 -32 МДж/кг Н2, что соответствует 0,72 - 0,79 KBT 4/MJ Н2.
В работе [13] плазмотрон работал с аналогичными количествами (по суммарному содержанию углерода окислителя и воды), приведены следующие данные: конверсия метана в лучшем режиме составляла -95%, удельные энергозатраты на получение водорода 14 МДж/кг Н2, что соответствует 0,35 кВт ч/м3 Н2.
В работах [8], [10], [19] использовались дуговые плазмотроны малой мощности, вариант использованный в работах [10], [19] был дополнительно усовершенствован фирмой ArvinMeritor для автомобильного приложения. В плазмохимических системах проводилось парциальное окисление бензина.
Результаты парциального окисления и термического разложения (пиролиза) углеводородных топлив в дуговом плазмотроне, полученные группой исследователей приведены в [6, 5, 4, 20]. Использованная авторами разрядная система (скользящая дуга, gliding arc), описанная в [6] представляет собой высоковольтную дугу, горящую между двух ножевидных электродов. Расстояние между электродами по пути протекания рабочего тела разряда увеличивается, при этом пробой, возникающий в наиболее узком месте между электродами, увлекается подходящим газом и дуга, вытягиваясь в длину, движется в направлении увеличения расстояния между электродами. В конце электродов дуга срывается и снова происходит пробой в наиболее узком месте и т. д. Авторами показано, что при определённых параметрах газового потока и источника питания возможно достижение неравновесного режима плазмы с температурой нейтрального газа около 1500 - 2000К и температурой электронов порядка 1-1,5 эВ. В таком режиме в [5] наблюдались аналогичные [21], [22] ценные процессы с участием активных частиц плазмы для процесса пиролиза метана. Результаты по получению синтез-газа из углеводородного топлива, полученные этой группой, касаются только парциального окисления метана, причём в конструкции конвертора используется блок каталитической доработки не окислившегося в плазмотроне метана, а в качестве окислителя используется обогащенный кислородом воздух. Конструкция конвертора описана в [2], [20]. Приведённые авторами данные о конверсии метана в синтез-газ таковы: при обогащении воздуха кислородом до 50% достигнута конверсия метана 95% при плазменных энергозатратах на производство синтез-газа 0Д5кВт ч/м3(н). Конверсия углеводородного топлива в дуговом плазмотроне описана также в [23]. Предметом исследования служит термическое разложение (пиролиз) биомассы в дуговом плазмотроне. На основании экспериментальных данных авторы делают вывод о том, что полученный газ может служить неплохим топливом для твёрдооксидного топливного элемента. Приводятся также данные об оптимальном режиме расхода энергии на процесс газификации биомассы, при энергозатратах в 5 МДж/кг топлива эффективность конвертора составляет 60%.
Авторы работы [7] исследовали процесс паровой конверсии метана в барьерном разряде. Эксперимент проводился с изменением мощности разряда (в диапазоне 10 - 20Вт), а также с изменением температуры реакционного объёма в диапазоне 700 -1000 К. В наилучшем режиме была достигнута 30% конверсия метана в синтез-газ при мощности разряда 10Вт и температуре реакционной зоны ЮООК. Проведённая оценка энергетической стоимости синтез-газа даёт величину 0,3 кВт ч/м , при этом учитывается только вложенная плазменная мощность. Авторы работы отмечают, что в данном режиме мощность, вкладываемая в разряд составляет 20% от мощности, необходимой на проведение эндотермичного процесса паровой конверсии и делают вывод о том, что энергетические показатели процесса могут быть оптимизированы.
Каталитические процессы получения синтез газа из метана
Изучению физических и физико-химических особенностей СВЧ-разряда посвящены многочисленные исследования, тем не менее достаточно полной теории этих разрядов не существует. Наиболее часто применяются СВЧ-разряды на основе волноводных трактов. Простейший из них диэлектрическая трубка, пересекающая широкие стенки волновода. Реже применяются резонаторные системы, в которых может достигаться достаточно высокая напряженность поля. Гораздо менее изучены разряды на основе замедляющих систем и с использованием возбуждаемых в плазме волн. Кроме того, существуют СВЧ-разряды с магнитным полем, имеющие дополнительный канал управления параметрами плазмы за счет осуществления в системе электронно-циклотронного резонанса.
К достоинствам СВЧ-разряда можно отнести возможность достижения в них высокой удельной мощности (энергонапряженности), т.е. мощности на единицу объема плазмы, которая может составлять сотни ватт на кубический сантиметр.
В представленной работе предложен СВЧ-разряд с продольным протоком газа. Разряд расположен вдоль волновода, и удается получать разряд относительно большого объема.
Стабилизацию разряда осуществляли с помощью кварцевой трубки, придающей газу направленность и ограничивая его, что позволяет стабилизировать "разряд на оси и термоизолировать стенки разрядной камеры. Практически вдоль всей длины реактора приосевая зона характеризуется относительно низкой плотностью и, следовательно, относительно высоким значением отношения магнитного и электрического слоев, определяющего область горения разряда. В разряде в зависимости от режима поглощается 96 - 98 % мощности СВЧ-генератора. При оптимальном согласовании генератора с нагрузкой в разряде может быть поглощено до 90 СВЧ-энергии. Разряд на углекислом газе устойчиво горит в диапазоне давлений до 1,5 атм. Разряд контрагирован.
Принцип работы конструкции плазмотрона представленного на рисунке 2.1. Конструкция используемого в настоящей работе микроволнового факела имеет несколько важных особенностей и преимуществ по сравнению с другими похожими микроволновыми разрядными системами.
Основой микроволнового факела является коаксиальный волновод. Внутренний электрод коаксиального волновода короче внешнего, поэтому при отсутствии факела коаксиальный волновод заканчивается круглым запредельным волноводом, от которого падающая электромагнитная энергия отражается. В месте отражения - вблизи острия сопла - возникает максимум электрического поля волны. По мере накопления энергии в коаксиальной линии (в данном случае коаксиальном резонаторе) поле возрастает и осуществляется пробой газа струи, вытекающей из сопла. Образующийся газовый разряд выносится струей рабочего газа вдоль оси коаксиала, а в области пробоя вблизи сопла поддерживается разряд в подводимом рабочем газе. Образуется плазменный факел (протяженная плазменная струя) в газовом потоке, проходящем через полый центральный электрод коаксиального волновода (коаксиального резонатора). Электромагнитная энергия, подводимая по коаксиалу, может теперь распространяться-дальше, поскольку образовавшаяся плазма в факеле служит продолжением внутреннего электрода. Отличие рассматриваемой конструкции от используемых ранее заключается в том, что коаксиальная мода электромагнитной волны трансформируется в плазме факела в поверхностную электромагнитную волну. Эта поверхностная волна, распространяясь по факелу, поддерживает разряд в газе до тех пор, пока ее электрическое поле достаточно для пробоя новых областей на конце факела.
Эта оставшаяся энергия опять попадает в запредельный круглый волновод и отражается, вновь проходя через область факела поглощаясь. Таким образом, в данной конструкции вся электромагнитная энергия идет на поддержание разряда в факеле, что увеличивает эффективность устройства.
Такая конструкция позволяет надежно генерировать плазменную струю вблизи сопла с помощью обычного (используемого в бытовых микроволновых печах) магнетрона, имеющего мощность Р 1 кВт и частоту излучения 2,45 МГц. Накопление электромагнитной энергии и возрастание электрического поля вплоть до необходимой пробойной величины обеспечивает возможность работы практически со всеми газами и газовыми смесями (воздух, аргон, азот, метан, и т.д.). Не поглощенная в факеле энергия отражается от запредельного круглого волновода и возвращается в резонатор, что увеличивает коэффициент поглощения энергии в плазме факела. В результате уровень микроволновой энергии, излучаемой в окружающее пространство, оказывается чрезвычайно низок, что обеспечивает радиационную безопасность данного устройства.
Описанный выше микроволновый факел был ранее исследован в качестве плазмохимического генератора окислов азота из воздуха, показал высокую энергоэффективность. В настоящей работе исследуется пригодность его как плазмохимического конвертора метана атмосферного давления. _ Плазмообразующий газ (аргон) через буферную емкость смешения газов 1, предназначенную для сглаживания пульсаций давления в рабочей камере и смешения исходных газов, подают по внутреннему полому электроду 3 с заостренным на конце соплом 4, выполненным из тугоплавкого материала, в реакционную камеру 2, являющуюся внешним электродом.
Методика обработки результатов
Конверсия углекислого газа, протекает согласно уравнению: 2Ш2- 02 + 2СО (1.1) Основные частицы, учитываемые в расчете процесса конверсии углекислого газа: С02, СО, 02, О, 03, С, С302, С20, С2, С3. На рисунке 3.4 приведены характерные результаты расчетов для плазмохимической конверсии углекислого газа. Исходные параметры для расчета: давление Р=101325 Па, температура исходной газовой смеси Т = 300 К, скорость потока V(C02)0 = 0,06-0,66 м /час, добавление энтальпии системе рассчитывается по нижеприведенной формуле (Additional Entalpy - Adent, кДж/кг), WHCX=400BT. Adent= WHCX. 80,64/(M(CO2) V(C02)0) где WHCX. - мощность питания магнетрона (подаваемая мощность, мощность реактора для модели). М(С02) - молекулярная масса С02, г/моль. V(C02)0 - объемная скорость подачи исходных компонентов, м3/час. Adent - Additional Entalpy, добавление энтальпии системе, находящейся в реакторе, кДж/кг.
Теоретический расчет подразумевает полный вклад добавляемой энергии (Additional Entalpy) поступающему в реактор углекислому газу (для реальной модели это означает, что вся энергия, которую потребляет система, сосредоточена в плазменном факеле). Образующиеся интермедиаты имеют различные концентрации и температуры, в зависимости от вложенной энергии на единицу объема С02. Данная модель реактора интегрально описывает процессы, происходящие в плазменном факеле.
На выходе из факела СВЧ-разряда концентрации Оз, С, Сз02, С20, С2, Сз составляют менее 10"5 % об. Основные реакции, проходящие при «закалке» получаемой смеси частиц: со+о = со2 со+о+со2 = со2+со2 со+о2 = со2+о со+о+со = со2+со со+о+м = со2+м м+о3 = м+о2+о м+о2 = м+о+о м+с3о2 = м+с2о+со с3+о2 = с2+со+о
Из рисунка 3.4 видно, что с возрастанием объемной скорости подачи углекислого газа при постоянной мощности интегральная температура полупродуктов падает, уменьшается концентрация активных радикалов, компонентов О, 02, СО и степень разложения С02. Приведенные данные показывают, что при объемных скоростях потока С02 более 0,45 м /час (температура менее 1600 К) и мощности 400 Вт степень разложения С02 стремится к нулю.
Для получения целевых продуктов (СО, 02) требуется охлаждение интермедиатов. Сущность данного процесса заключается в быстром понижении температуры с целью фиксации высокотемпературного состояния полупродуктов с максимально возможным предотвращением (подавлением) нежелательных процессов, происходящих при их медленном охлаждении. a
Зависимость концентраций интермедиатов и их температуры от объемной скорости подачи СО2 (V(C02)o), м3/час при постоянной мощности.
Охлаждение интермедиатов происходит до температуры, соответствующей значению Т = 330 К. Интегральная скорость охлаждения определяется по следующей формуле: R - Vn (Tr330)/ (360 V3.o.) где, R - скорость охлаждения, К/с. Vn - скорость потока газовой смеси (принимается за У(СОг)о), м /мин. Уз.о. - объем зоны охлаждения м3. Tj - температура системы. Процесс охлаждения газовой смеси носит экспоненциальный характер до температуры 1600 К, ниже данной температуры охлаждение подчиняется линейному закону.
На основании проведенного моделирования можно сделать вывод о том что основной проблемой для достижения максимального выхода целевых продуктов при плазмохимической конверсии углекислого газа является невозможность обеспечения скоростей охлаждения выше 10-10 К/с при которых происходит максимальное подавление процессов образования исходного ССЬ. На рисунке 3.5 представлены зависимости скорости охлаждения и температуры от подачи СОг. Из представленных данных проведенного моделирования видно, что с увеличением потока углекислого газа скорость закалки значительно возрастает, это связано со спецификой плазменного факела, а именно постоянством высокотемпературной зоны. Полученные результаты показывают возможность регулирования скорости охлаждения.
Из представленных на рисунке 3.6 данных видно, что при R выше 105 К/с конверсия углекислого газа более 20 %. Предельная величина конверсия СО2 при R — оо не может превышать величины, рассчитанной по данным, представленным на рисунке 1. Формула расчета конверсии: а (СОД = Wo6.(CO) 100/Wo6.(CO2).
Величины скорости охлаждения порядка 104 К/с являются достижимыми только в процессах плазмохимической переработки газов. Это обусловлено тем, что плазменный факел является энергетически безинерционной системой, имеет максимально высокую плотность энергии, позволяя нагревать газовую смесь до температур выше 7000 К в минимальном объеме, равном объему плазменного факела. Поскольку вкладываемая энергия практически не распространяется дальше факела, то газ, проходя небольшой объем реактора (порядка 10-12 см ) охлаждается до температур чуть выше комнатной.
Углекислотная конверсия метана в реакторе предложенной конструкции на электродах, изготовленных из различных металлов и сплавов
В работе изучена структура и состав частиц, получаемых при использовании в качестве электрода следующих материалов: железо, титан, молибден, вольфрам, никель, ковар, нихром (сплавов никеля 75 % с хромом 25 %). В результате эмиссии материала электродов в газовую фазу образуются оксиды металлов (FexOy, NiOy, WxOy, МохОу,СохОу , TixOy, и т.д.).
Структура и размеры получаемых частиц, получаемых из никеля в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи СОг 0,25 м3/час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.19. ..Ч«ЛГ „,:М
Структура и размеры частиц никеля а) увеличение 10000, б) увеличение 200000 Структура ультрадисперсного порошка (УП) никеля представляет собой систему, состоящую из однородных по форме и размеру (20-40 нм) частиц оксидов никеля. Такая структура обеспечивает максимальную удельную площадь поверхности контакта с газом. Состав частиц: О 64,01 % ат.; Ni 35,99 %ат. Проведенные исследования физико-химических свойств получаемого УП, свидетельствуют о том, что они представлены b-NiO. Структура и размеры получаемых частиц, получаемых из молибдена в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи СОг 0,25 м3/час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.20. Структура ультрадисперсного порошка (УП) молибдена представляет собой систему, состоящую из однородных по форме и размеру (20 нм) частиц оксидов молибдена.
Состав частиц: С 36,91 % ат., О 52,89 % ат.; Мо 10,21 5 ат.. Проведенные исследования физико-химических свойств получаемого УП, свидетельствуют о том, что они представлены смесью оксидов молибдена МОг, МОз. Наличие углерода в составе УП свидетельствует о образовании углеродных структур на поверхности частиц оксида молибдена. .si;і ivafcv хзишхю №
Структура, размеры частиц железа (увеличение 100000) и спектр состава УП железа. Структура и размеры получаемых частиц, получаемых из железа в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи СО2 0,3 м /час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.21. Структура ультрадисперсного порошка (УП) железа представляет собой систему, состоящую из однородных по форме и размеру (50-60 нм) частиц оксидов железа.
На рисунке 3.21 представлен спектр состава УП железа на основании которого состав частиц: О 57,12 % ат., Fe 42,88 % ат. Проведенные исследования физико-химических свойств получаемого УП, свидетельствуют о том, что они представлены оксидами железа FeO, РегОз Рисунок 3.22 - Структура и размеры частиц вольфрама а) увеличение 4000, б) увеличение 40000
Структура и размеры получаемых частиц, получаемых из вольфрама в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи СОг 0,3 м3/час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.22.
Структура ультрадисперсного порошка (УП) вольфрама представляет собой систему, состоящую из однородных по форме и размеру (20-30 нм) частиц оксида вольфрама и нитей углерода.
Состав частиц: О 53,98 % ат., W 13,34 % ат, С 32,68 % ат. Проведенные исследования физико-химических свойств получаемого УП, свидетельствуют о том, что они представлены оксидами вольфрама\Ог и WO3.
Структура, размеры частиц титана (увеличение 16708) и спектр состава УП титана. Структура и размеры получаемых частиц, получаемых из титана в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи ССЬ 0,3 м3/час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.23. Структура ультрадисперсного порошка (УП) титана представляет собой систему, состоящую из однородных по форме и размеру (20-30 нм) частиц оксида вольфрама и нитей углерода.
На рисунке 3.23 представлен спектр состава УП титана на основании которого состав частиц: О 69,70 %ат., Ті 24,84% ат. Проведенные исследования физико-химических свойств получаемого УП, свидетельствуют о том, что они представлены двуокисью титана а именно анатазом.
Структура и размеры УП, получаемых из ковара в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи углекислого газа 0,5 м3/час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.24.
Структура частиц ковара как сплава представляет собой структуру, состоящую из двух выраженных фаз. Одна представляет из себя однородные «чешуйки» близкого размера 20-40 нм. Вторая - шарообразные структуры размеры которых колеблются от 30 до 100 нм.
Состав частиц: О 62,44 % ат.; Со 7,79 % ат.; Ni 10,32 % ат., Fe 19,45 % ат. Данные состава и цвет получаемого ультрадисперсного порошка свидетельствуют о том что система состоит в основном из смеси оксидов хрома и никеля: b-NiO (светло зеленый) и Сг2Оз (зеленый).
Структура и размеры УП, получаемых из нихрома в качестве материала электрода при постоянной скорости подачи углекислого газа 0,5 м3/час и мощности 400 Вт (ток анода 200 мА) представлена на рисунке 3.25.
Структура частиц нихрома как сплава представляет собой структуру, состоящую из двух выраженных фаз. Одна представляет из себя однородные «чешуйки» близкого размера 20-40 нм. Вторая - шарообразные структуры размеры которых колеблются от 120 до 40 нм.
Состав частиц: О 65,31% ат.; Сг 8,34 % ат.; № 26,35 % ат. (b-NiO, СггОз) Данные состава и цвет получаемого ультрадисперсного порошка свидетельствуют о том что система состоит из смеси оксидов никеля и хрома.
В ходе эмиссии таких материалов, как Ті, Fe, Mo, Со, W и ковар были зафиксированы такие оксиды, как ТіОг (анатаз), РегОз, М0О2, С02О3, WO3, Сг304 Дальнейшие исследования полученных материалов позволяют рассчитывать на получение на их основе эффективных катализаторов процессов сильно-эндотермических процессов нефтегазопереработки и нефтехимии.
Выбранная математическая модель процессов конверсии углекислого газа и метана в плазме СВЧ-разряда, позволяет наиболее полно описывать протекающие плазмохимические реакции. Данные математической модели подтверждены экспериментальными данными. Выявлено каталитическое действие материала электрода на плазмохимический процесс углекислотной конверсии метана и показана возможность проведения плазмохимического и каталитического процесса в одном реакторе. За счет введения катализатора в реактор конверсия метана увеличивается на 10-15 % абс, конверсия СОг на 3- 4% абс. Показана возможность конверсии углекислого газа в монооксид углерода и кислород в условиях СВЧ-разряда. Выявлено, что лимитирующей стадией процесса является скорость охлаждения. Выявлена возможность получения ультрадисперсных порошков оксидов металлов и сплавов в плазме СВЧ-разряда в присутствии углекислого газа.
