The features of hydrogen ignition over platinum-group metals at low pressure. Part. I
In experiments on 2H2 + O2 ignition over Pd and Pt at total pressures up to 200 Torr at T0 up to 300 C, the temperature of the foils during ignition was measured by means of both infrared camera and an ADC based acquisition system accounting for the temperature dependence of the metal resistivity. It was shown that the temperature of the initiated ignition at 40 Torr over heated Pd foil is ~ 100 0C lower than over Pt foil. It is shown that even the minimum temperature value (623 C) is already enough to ignite a 2H2 + O2 mix, i.e. the influence of a catalytic H2+O2 reaction over the noble metals is negligible in case of initiated ignition. However, the presence of water vapor prevents ignition. For thermal ignition, it was found out that at pressures up to 180 Torr at 288 C over Pd foil as compared to Pt foil the catalytic activity of the surface is high. The activity of Pd foil expresses itself both in the occurrence of local ignition centers on the foil, from which combustion wave propagates and in the dark catalytic reaction of consumption of the flammable mixture.
combustion, palladium, platinum, activity, explosion, dark reaction
В экспериментах по воспламенению смесей 2H2 + O2 над отрезками Pd и Pt фольг при общем давлении до 200 Торр при T0 до 300 C,температура фольги в ходе воспламенения была измерена с помощью тепловизора и по изменению сопротивления фольги. Было показано, что температура инициированного воспламенения при 40 Торр над нагретой Pd фольгой на ~ 100 0 C ниже, чем над Pt фольгой. Показано, что даже минимальная измеренная температура фольги непосредственно перед воспламенением (623 C) достаточна, чтобы инициировать горение 2H2 + O2, т.е. влияние каталитической реакции H2 + O2 на благородных металлах в случае инициированного воспламенения незначительно. Установлено, что присутствие водяного пара предотвращает воспламенение. В случае теплового воспламенения было установлено, что при давлениях до 180 Торр и 288 C каталитическая активность Pd фольги заметно выше, чем Pt фольги. Активность Pd фольги выражается в конкуренции двух процессов: возникновения локальных центров воспламенения на фольге, от которых распространяется волна горения, и темновой каталитической реакции превращения гремучей смеси в воду.
1. Dodds P. E., Staffell I., Hawkes A. D., Li F., Grunewald P., McDowall W., Ekins P Hydrogen and fuel cell technologies for heating: A review, Int. J. Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40. P. 2065-2094. 2. Chu, S., Majumdar A. Opportunities and challenges for a sustainable energy future // Nature. 2012, V.488, P.294-303. 3. Fernández A., Arzac G.M., Vogt U.F., Hosoglu F., Borgschulte A., iménez de Haro M.C.J, Montes O., Züttel A. Investigation of a Pt containing washcoat on SiC foam for hydrogen combustion applications // Appl. Catal. B. 2016. V.180, P.336-343. 4. Sil, D., Hines, J., Udeoyo, U., Borguet, E., Palladium nanoparticle based surface acoustic wave hydrogen sensor // ACS Appl. Mater. Interfaces, 2015, V.7, P.5709-5714. 5. Wang X., Shih Y.X., Cai N.S., Lv X.C. , Yao W.Low Pressure Catalytic Combustion of Hydrogen on Palladiu // Journal of Power and Energy Engineering. 2015. V.3. P.49-55. 6. SAFETY OF NUCLEAR POWER PLANTS: DESIGN SAFETY REQUIREMENTS SAFETY STANDARDS SERIES No. NS-R-1 INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY VIENNA, 2000. 7. Kramer J.F., Reihani, S.-A.S, Jackson G.S. Low-Temperature Combustion of Hydrogen on Supported Pd Catalysts // Proceedings of the Combustion Institute. 2002, V. 29. P.989-996. 8. Zhang J.M. , Lu Y.P.. Research on Equilibrium Point Estimation of Stratospheric Balloon Trajectory // Control System, Aerospace Control. 2007. V. 25. P. 4 -9. 9. Hayes R.D, Kolaczkowskii S., Lib P., Awdryb S. The palladium catalyzed oxidation of methane: reaction kinetics and the effect of diffusion barriers // Chemical Engineering Science. 2001. V. 56. P. 4815-4830. 10. Rubtsov N.M., Chernysh V.I., Tsvetkov G.I., Troshin K.Ya., Shamshin I.O. Ignition of hydrogen–air mixtures over Pt at atmospheric pressure // Mendeleev Comm. 2017. V. 27. P. 307-309. 11. Rubtsov N.M. , Vinogradov A.N., Kalinin A.P. , Rodionov A.I. , Troshin K.Ya. , Tsvetkov G. I. , Chernysh V.I., Gas dynamics and kinetics of the penetration of methane–oxygen flames through complex obstacles, as studied by 3D spectroscopy and high-speed cinematography //Mendeleev Commun. 2016. V. 26. P. 60-164. 12. http://www.zaoeuromix.ru/ 13. http:// www.thermalinfo.ru/ 14. Lewis B., Von Elbe G., Combustion, Explosions and Flame in Gases. New York, London. Acad. Press. 1987.
