Пределы воспламенения смесей водород–метан–воздух над металлическим родием при давлении до 2 атм

Трошин К. Я.; Рубцов Н. М.; Цветков Г. И.; Черныш В. И.; Шамшин И. О.

doi:10.31857/S0207401X23030184

Пределы воспламенения смесей водород–метан–воздух над металлическим родием при давлении до 2 атм

Authors: Трошин К.¹, Рубцов Н.², Цветков Г.², Черныш В.², Шамшин И.¹
Affiliations:
1. Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
2. Институт структурной макрокинетики и материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
Issue: Vol 42, No 3 (2023)
Pages: 79-85
Section: ГОРЕНИЕ, ВЗРЫВ И УДАРНЫЕ ВОЛНЫ
URL: https://journals.rcsi.science/0207-401X/article/view/139920
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X23030184
EDN: https://elibrary.ru/NDAZAT
ID: 139920

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Экспериментально определены значения температуры воспламенения и оценены эффективные энергии активации пределов каталитического воспламенения смесей ((40÷70%)H₂ + (60÷30%)CH₄)_стех + + воздух над металлическим родием при давлении 1.7 атм в температурном интервале 20–300 °C. Над поверхностью родия, обработанной воспламенениями, температура каталитического воспламенения смеси 70% H₂ + 30% CH₄ + воздух составляет 62 °C, что указывает на возможность использования родия для существенного снижения температуры воспламенения топлив на основе водородно-метановых смесей. Экспериментально обнаружен критический характер осуществления объемной реакции: объемный процесс происходит при [H₂] = 45%, но отсутствует при концентрациях водорода ≤40%. Если [H₂] ≤ 40%, происходит только медленная поверхностная каталитическая реакция. Это явление проиллюстрировано посредством качественного расчета. Установлено, что эффективные энергии активации как верхнего, так и нижнего пределов каталитического воспламенения стехиометрических смесей H₂ + CH₄ в диапазоне линейности равны примерно (2.5 ± 0.6) ккал/моль. Это означает, что ключевые реакции, ответственные за возникновение верхнего и нижнего пределов каталитического воспламенения, одинаковы. Показано, что при катализе родиевым катализатором процесс развития цепи, скорее всего, имеет гетерогенную природу, поскольку эффективная энергия активации составляет менее 3 ккал/моль.

Keywords

воспламенение, пламя, горение, водородно-метановая смесь, родий, высокоскоростная цветная съемка.

References

Nagalim B., Duebel F., Schmillen K. // Intern. J. Hydrogen Energy. 1983. V. 8. P. 715.
Бунёв В.А., Коржавин А.А., Сеначин П.К. // Ползуновский вестн. 2012. № 3. С. 5.
Бунёв В.А., Бабкин В.С., Бакланов А.В., Замащиков В.В., Намятов И.Г. // Физика горения и взрыва. 2007. Т. 43. № 3. С. 493.
Akansu S.O., Dulger Z., Kahranman N., Veziroglu N.T. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2004. V. 29. P. 1527.
Ma F., Ding S., Wang Y. et al. // Ibid. 2008. V. 33. P. 7245.
Lynch F.E., Marmaro R.W. Patent USA. № 5139002. United States of America, 1992.
Ma F., Liu H., Wang Y., Wang J., Ding S., Zhao S. SAE Paper. 2008-01-1633.
Lewis B., Von Elbe G. Combustion, Explosions and Flame in Gases. N.Y.–London: Acad. Press, 1987.
Persson K., Pfefferle L.D., Schwartz W., Ersson A., Jaras S.G. // Appl. Catal. B. 2007. V. 74. P. 242.
Fernández A., Arzac G.M., Vogt U.F. et al. // Appl. Catal. B. 2016. V. 180. P. 336.
Rubtsov N.M., Chernysh V.I., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya., Shamshin I.O. // Mendeleev Commun. 2019. V. 29. P. 469.
Rubtsov N.M., Chernysh V.I., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya., Shamshin I.O. // Mendeleev Commun. 2018. V. 28. P. 216.
Рубцов Н.М., Калинин А.П., Цветков Г.И. др. // Хим. физика. 2018. Т. 37. № 11. С. 42.
Rubtsov N.M., Seplyarski B.S., Alymov M.I. Initiation and flame propagation in combustion of gases and pyrophoric metal nanostructures, Switzerland AG: Springer Nature, 2021.
Rubtsov N.M., Tsvetkov G.I., Chernys V.I., Troshin K.Ya. // Combust. and Flame. 2020. V. 218. P. 179.
Калинин А.П., Рубцов Н.М., Виноградов А.Н. и др. // Хим. физика. 2020. Т. 39. № 5. С. 23.
Рубцов Н.М., Виноградов А.Н., Калинин А.П. и др. // Хим. физика. 2019. № 4. Т. 38. С. 53.
Трошин К.Я., Рубцов Н.М., Цветков Г.И., Черныш В.И. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 25.
Backstrom G. Simple Fields of Physics by Finite Element Analysisю GB Publishing, 2005.
Rubtsov N.M. The Modes of Gaseous Combustion. Springer International Publishing, 2016.