滑动弧放电等离子体分解氨气制氢颜士鑫，李晓东，钟犁，余量，岑可法(浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，杭州310027)摘要：研究了在常温常压下利用滑动弧放电等离子体分解氨气制取氢气的效果，分析了供给电压、进气流量、进气(氨气)体积分数等参数对氨气转化率、放电功率、氢气生成速率和制氢能耗的影响．实验结果表明，滑动弧放电突破了热力学平衡的限制，在常温常压条件下能够有效促进氨气分解制取氢气；增大供给电压，可以提高氨气转化率，制氢能耗也随之下降；增加进气流量，氨气转化率随之下降，但氨气绝对转化量却增加；进气流量一定时，随着进气(氨气)体积分数的增加，放电功率基本不变，但氨气转化率下降．关键词：滑动弧；等离子；氨气分解；制氢：TK91文献标志码：A：1006-8740(2011)02-0186-05GlidingArcDischargePlasmaAssistedDecompositionofAmmoniaintoHydrogenYANShi-xin，LIXiao-dong，ZHONGLi，YULiang，CENKe-fa(StateKeyLaboratoryofCleanEnergyUtilization，Zhe激angUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Atambienttemperatureandpressure，theefficiencyofammoniadecompositionbyglidingarcdischargeforhydrogenproductionwasinvestigated，andtheeffectsofsupplyvoltage，totalflowrateandinitialconcentrationonconversionrate，dischargepower，hydrogenproductionrateandenergyconsumptionforhydrogenwerestudied.Theresultsshowthatglidingarcdischargecanaccelerateammoniadecompositionforhydrogenproductionatambienttemperatureandpressure，breakingthermodynamicequilibriumrestriction.Increasingsupplyvoltagecanimproveconversionrateofammoniaanddecreaseenergyconsumptionforhydrogen.Increasingtotalflowratecandecreasetheconversionrateandincreasethedecompositionquantity.Whenthetotalflowrateisfixed，dischargepowerremainsnearlyconstant，whileammoniaconversionratedecreaseswiththeincreaseofinitialammoniaconcentration.Keywords：glidingarc；plasma；ammoniadecomposition；hydrogenproduction过程才能够完成[1-3]．氨是一种氢密度很高的燃料(氢质量分数为17.6%)，氨气催化分解过程中的产物是氢气和氮气，避免了CO带来的麻烦，因此，氨分解制氢无疑是质子交换膜燃料电池的一种理想氢源．利用氨气重整制氢在理论上存在着很多的优点，在实践中也有一些比较成功的实验，但是目前的研究还不够深入．氢气是一种极为理想的新能源，其能量密度大，燃烧热值高，因此作为一种清洁的能量载体，被广泛应用于冶炼、航空、化工和交通运输等各个领域．氢气还是质子交换膜燃料电池的首选燃料，但是用甲醇、汽油、天然气等含碳燃料重整方法制取的氢气中会混有大量的COx，其中CO体积分数可达10%左右．CO不仅会使燃料电池电极中毒，降低燃料电收稿日期：2010-07-05．基金项目：国家自然科学基金资助项目(51076142)．作者简介：颜士鑫（1986—），男，硕士研究生，ysx@zju.edu．通讯作者：李晓东，lixd@zju.edu．2011年4月颜士鑫等：滑动弧放电等离子体分解氨气制氢·187·式，在连接高电压的刀片式电极之间通过高速反应气流时，两片电极之间就会形成不断循环的放电，从而产生滑动弧等离子体．滑动弧放电可以在常温常压下产生非平衡等离子体，它能够产生大量的高能电子、活性基团和反应性离子，从而促进化学反应的进行．研究表明，在滑动弧等离子体下，等离子区域的高能电子温度远高于周围气体的温度，表现出非平衡的特性，超过80%的输入电能通过非平衡等离子体直接作用于化学反应[4-6]，促进了能量利用效率的提高．因此，滑动弧放电等离子体被应用于废气废液处理[7-8]、气体转化[9]等研究领域，并逐步得到重视．笔者采用的是双刀片式结构的电极，使用的电源是带漏磁交流电源，以此对滑动弧等离子体在氨气分解制氢方面的应用进行探索性实验，重点研究在常温常压条件下，供给电压、进气流量、氨气进形电极、喷嘴和绝缘材料底座组成，喷嘴直径为1.5mm，不锈钢电极长10cm、厚3mm，两电极最小间距3mm，电极起弧端距离喷嘴15mm；石英外罩...