Плазмохимический синтез водорода из углеводородов

В проекте предлагается создание инновационных технологий по переработке углеводородов (метана, тяжелой нефти, мазута и др) с применением равновесной и неравновесной газоразрядной плазмы. В начальной стадии сырье подвергается воздействию дуговой плазмы. В этом случае источниками плазмы могут быть водоохлаждаемые электроды, либо электродуговые плазмотроны. Здесь углеводородные молекулы сначала разбиваются в составные атомы и синтезируются в новые фракции, в том числе в водород, ацетилен, метан, а освободившийся углерод осаждается на электродах. В дальнейшем вновь образованные газообразные фракции проходят несколько стадий переработки в высоковольтной газоразрядной плазме, где превращаются в водород и углерод. Это происходит благодаря плазмохимическим реакциям с участием высокоэнергичных электронов, которые при взаимодействии с молекулами углеводородов в состоянии разбить углеводородные связи. После прохождения каждой стадии обработки необходимо путем сепарирования выделить из газовой смеси водород. Как показывают предварительные исследования, при плазмохимической конверсии как метана, так и тяжелых углеводородов в сильноточном разряде основная доля в газообразной фазе приходится на водород, метан, и ацетилен, а на электродах и на стенках камеры образовываются углеродные наноструктуры. Воздействие на такую смесь газов объемным высоковольтным разрядом будет осуществлять дальнейшее разбиение этих молекул на составные части с образованием углерода и молекулярного водорода. В финишной стадии будет установлен высоковольтный фильтр для улавливания остатков сажевых частиц. Таким образом, из углеводородов будет получен водород, углеродные наноструктуры и технический углерод. Предлагаемый проект направлен на решение задачи по переходу к водородной энергетике, углубленной переработке нефти и природного газа с получением «зеленого» водорода и углеродных наноструктур, а также создания научных основ по переработке углеводородов с помощью газоразрядной плазмы. Для этого предполагается: 1) Создать оригинальные установки по организации электрических разрядов в углеводородах. 2) Провести полномасштабные эксперименты по исследованию механизмов переработки газообразных углеводородов с помощью газоразрядной плазмы в широком диапазоне токов, напряжений разряда с определением выхода водорода и углеродных наноструктур, таких как, углеродные нанотрубки, фуллерены. 3) Провести экспериментальные исследования результатов воздействия плазмы электродугового разряда с охлаждаемыми электродами на углеводородное сырье. 4) Провести экспериментальные исследования результатов воздействия плазмы электродугового плазмотрона на углеводородное сырье. 5) Провести экспериментальные исследования результатов воздействия неравновесной плазмы тлеющего разряда на углеводородное сырье. 6) Провести анализ продуктов переработки с привлечением современного оборудования (в частности, хроматографический и масс-спектрометрический анализ), в том числе твердых отложений, в которых прогнозируется обнаружение наноструктур (сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, ИК-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ). 7) Сформулировать физико-математические модели рассматриваемых в проекте разрядов с учетом широкого набора плазмохимических и химических реакций, происходящих в плазме газового разряда и на их основе провести численные эксперименты, которые позволят спрогнозировать и описать основные характеристики разрядов в «экзотических» условиях. Решение представленных подзадач позволит разработать методику получения водорода, фуллеренов, нанотрубок, графеновых чешуек из метана и газообразных углеводородов, а также описать поведение разрядов в газообразных углеводородах