Samara Polytech Üniversitesi çalışanları, Gaz İşleme, Hidrojen ve Özel Teknolojiler Bölümü ve “Termofizik ve Mekaniğin Temel Sorunları” Araştırma Merkezi uzmanları, metan piroliz (doğal gaz) sırasında hidrodinamik, erimiş kalay tabakasında ısı transferi ve difüzyon ile ilgili teorik ve deneysel bir takım çalışmalar yürüttüler. Bu araştırmaların sonuçları International Journal of Hydrogen Energy‘de yayınlanmıştır.
Araştırmanın özeti; metal eriyiği ile doldurulmuş bir reaktörde piroliz sürecini yoğunlaştırmak amacıyla metanın bir kalay eriyiği tabakasından geçişi sırasında oluşan ısı ve hidrodinamik değişimi ve de difüzyon üzerine teorik-deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deney verilerine göre, metan besleme hızı 25’ten 250 ml/dak arttırıldığında, gaz kabarcıkları ile kalay eriyiği arasındaki temas süresinin kısaldığını, bu da ortaya çıkan gazdaki hidrojenin mol fraksiyonunda %12 civarında bir azalmaya yol açtığını göstermektedir.
Bu çalışmada yüksek metan tedarik oranları için piroliz sürecini yoğunlaştırmak için bir dizi ağ diyafram (makalede tasarımı verilmiştir) kullanılması önerilmektedir. Bu çalışmada ek olarak sunulan sert karbonun sürekli olarak uzaklaştırılması sorununu çözmek, metan pirolizi sırasında oluşan birikintiler (kurum) ve metal eriyik seviyesini kontrol etmek için reaktörün içine bir şamandıra yerleştirilmiştir.
Metan yüksek sıcaklıklara (1.000°C’nin üzerinde) ısıtıldığında, benzersiz fizikokimyasal özelliklere sahip hidrojen ve karbon nanopartiküllerine ayrışır (piroliz işlemi). Metanın mevcut ayrışma yöntemleri arasında, enerji açısından en verimli olanı, reaktörlerdeki bir metal (kalay) kalıp tabakasından geçişi sırasında ısıtılmasıdır. Bu yöntem, atmosfere karbondioksit yaymadığı için çevre dostudur.
“Reaktörler, erimiş metalle doldurulmuş ve alt kısmında metan sağlamak için yerleştirilmiş bir nozül bulunduran dikey silindirik yapılardır,” dedi Profesör Igor Kudinov. Bir reaktör tasarlarken, metanın bir erimiş metal tabakasından geçişi sırasında piroliz sıcaklığına kadar ısınması ve tamamen ayrışması reaktörün yüksekliğine ve hacmine bağlıdır. Birbirine bağlı ısı ve kütle transferi problemini çözmek için, reaktörün tüm yüksekliği boyunca metan konsantrasyonunun ve hareket hızının yanı sıra metan ile kalay karışımının sıcaklığını ve basıncını belirlemek gerekir.
Profesör Andrey Pimenov: “Deney sırasında, reaktörden boşaltılan gazla birlikte reaktör potasından çıkarılamayan teneke yüzeyinde büyük miktarda kurum oluştu. Reaktördeki erimiş metal seviyesini kontrol eden ve katı karbon parçacıklarını sürekli olarak uzaklaştıran özel bir cihaz geliştirdik.” demiştir.
Kaynak
https://techxplore.com/news/2021-05-scientists-eco-technologies-hydrogen-production.html