Краевая задача водородопроницаемости мембран газоразделения

Юрий Васильевич Заика, Наталья Ивановна Родченкова, Yury Zaika, Natalia Rodchenkova

Аннотация


Производство высокочистого водорода необходимо для экологически чистой энергетики и различных химико-технологических  процессов. Значительная часть водорода будет производиться за счет конверсии метана, а также его выделения из других углеводородных газов, не вовлеченных в процесс производства энергии. Методом измерения удельной водородопроницаемости исследуются различные сплавы, перспективные для  использования в газоразделительных установках. Требуется оценить параметры диффузии и сорбции с тем, чтобы иметь возможность численно моделировать различные сценарии и условия эксплуатации материала (включая экстремальные), выделять лимитирующие факторы. В статье представлены нелинейная модель водородопроницаемости и ее модификации в соответствии со спецификой эксперимента, разностная схема решения краевой задачи и результаты численного моделирования.

Ключевые слова


водородопроницаемость; нелинейные краевые задачи; разностные схемы; численное моделирование

Полный текст:

PDF

Литература


ЛИТЕРАТУРА

Водород в металлах / Ред. Г. Алефельд, И. Фёлькль. М.: Мир, 1981. Т. 1, 2. 506, 430 с.

Взаимодействие водорода с металлами / Ред. А.П. Захаров. М.: Наука, 1987. 296 с.

Писарев А. А., Цветков И. В., Маренков Е. Д., Ярко С. С. Проницаемость водорода через металлы. М.: МИФИ, 2008. 144 с.

Черданцев Ю.П., Чернов И.П., Тюрин Ю.И. Методы исследования систем металл–водород. Томск: ТПУ, 2008. 286 c.

Изотопы водорода. Фундаментальные и прикладные исследования / Ред. А.А. Юхимчук. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2009. 697 c.

Varin R.A., Czujko T., Wronski Z.S. Nanomaterials for solid state hydrogen storage. Springer, New York, 2009. 338 p. doi:10.1007/978-0-387-77712-2.

The hydrogen economy / Eds. M. Ball, M. Wietschel. Cambridge Univ. Press, 2009. 646 p.

Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage / Edt. M. Hirscher. Wiley–VCH, 2010. 353 p.

Gabis I.E. The method of concentration pulses for studying hydrogen transport in solids // Technical Physics. 1999. Vol. 44, N 1. P. 90–94. doi:10.1134/1.1259257.

Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C. Jr. Metal hydride hydrogen compressors: a review // International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. P. 5818–5851. doi:10.1016/j.ijhydene.2014.01.158.

Indeitsev D.A., Semenov B.N. About a model of structure-phase transfomations under hydrogen influence // Acta Mechanica. 2008. Vol. 195. P. 295–304. doi:10.1007/s00707-007-0568-z.

Evard E.A., Gabis I.E., Yartys V.A. Kinetics of hydrogen evolution from MgH2: experimental studies, mechanism and modelling // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. P. 9060–9069. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.092.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Boundary-value problem with moving bounds and dynamic boundary conditions: diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding // Applied Mathematical

Modelling. Elsevier. 2009. Vol. 33, N 10. P. 3776–3791. doi:10.1016/j.apm.2008.12.018.

Zaika Yu.V., Bormatova E.P. Parametric identification of a hydrogen permeability model by delay times and conjugate

equations // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, N 1. P. 1295–1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.07.099.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Hydrogen-solid boundary-value problems with dynamical conditions on surface // Mathematical Modelling. Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.

Kojakhmetov S., Sidorov N., Piven V., Sipatov I., Gabis I. and Arinov B. Alloys based on group 5 metals for hydrogen purification membranes // Journal of Alloys and Compounds. 2015. doi:10.1016/j.jallcom.2015.01.242.

Даркен Л.С., Гурри Р.В. Физическая химия металлов. М.: Металлург-издат, 1960. 585 c. doi:10.1002/ange.19540660409.

Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978. 248 c.

Алимов В.Н., Буснюк А.О., Ноткин М.Е., ЛившицА.И. Перенос водорода металлами 5-й группы: достижение максимальной плотности потока сквозь ванадиевую мембрану // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40, вып. 5. C. 88–94.

Dolan M.D. Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation // Journal of Membrane Science. 2010. Vol. 362. P. 12–28. doi:10.1016/j.memsci.2010.06.068.

REFERENCES

Vodorod v metallakh [Hydrogen in metals] / Eds. G. Alefel’d, J. Fel’kl’. Moscow: Mir, 1981. Vol.1, 2. 506, 403 p.

Vzaimodeistvie vodoroda s metallami [Interactions of hydrogen with metals] / Ed. A.P. Zakharov. Moscow: Nauka, 1987. 296 p.

Pisarev A. A., Tsvetkov I. V., Marenkov E. D., Yarko S. S. Pronitsaemost’ vodoroda cherez metally [Hydrogen permeability through metals]. Moscow: MIFI, 2008. 144 p.

Cherdantsev Yu.P., Chernov I.P., Tyurin Yu.I. Metody issledovaniya sistem metall–vodorod [Methods of studying metal-hydrogen systems]. Tomsk: TPU, 2008. 286 p.

Izotopy vodoroda. Fundamental’nye i prikladnye issledovaniya [Hydrogen isotopes. Fundamental and applied studies] / Ed. A.A. Yukhimchuk. Sarov: RFYaTs-VNIIEF, 2009. 697 p.

Varin R.A., Czujko T., Wronski Z.S. Nanomaterials for solid state hydrogen storage. Springer, New York, 2009. 338 p. doi:10.1007/978-0-387-77712-2.

The hydrogen economy Eds. M. Ball, M. Wietschel. Cambridge Univ. Press, 2009. 646 p.

Handbook of hydrogen storage: new materials for future energy storage / Ed. M. Hirscher. Wiley–VCH, 2010. 353 p.

Gabis I.E. The method of concentration pulses for studying hydrogen transport in solids. Technical Physics. 1999. Vol. 44, N 1. P. 90–94. doi:10.1134/1.1259257.

Lototskyy M.V., Yartys V.A., Pollet B.G., Bowman R.C. Jr. Metal hydride hydrogen compressors: a review. International Journal of Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. P. 5818–5851.

doi:10.1016/j.ijhydene.2014.01.158.

Indeitsev D.A., Semenov B.N. About a model of structure-phase transfomations under hydrogen influence. Acta Mechanica. 2008. Vol. 195. P. 295–304. doi:10.1007/s00707-007-0568-z.

Evard E.A., Gabis I.E., Yartys V.A. Kinetics of hydrogen evolution from MgH2: experimental studies, mechanism and modelling. International Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. P. 9060–9069. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.092.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Boundary-value problem with moving bounds and dynamic boundary conditions: diffusion peak of TDS-spectrum of dehydriding. Applied Mathematical Modelling. Elsevier. 2009. Vol. 33, N 10. P. 3776–3791. doi:10.1016/j.apm.2008.12.018.

Zaika Yu.V., Bormatova E.P. Parametric identification of a hydrogen permeability model by delay times and conjugate equations. International Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, N 1. P. 1295–1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.07.099.

Zaika Yu.V., Rodchenkova N.I. Hydrogen-solid boundary-value problems with dynamical conditions on surface. Mathematical Modelling. Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.

Kojakhmetov S., Sidorov N., Piven V., Sipatov I., Gabis I., Arinov B. Alloys based on group 5 metals for hydrogen purification membranes. Journal of Alloys and Compounds. 2015. doi:10.1016/j.jallcom.2015.01.242.

Darken L.S., Gurri R.V. Fizicheskaya khimiya metallov [Physical chemistry of metals]. Moscow: Metallurgizdat, 1960. 585 p. doi:10.1002/ange.19540660409.

Bokshtein B.S. Diffuziya v metallakh [Diffusion in metals]. Moscow: Metallurgiya, 1978. 248 p.

Alimov V.N., Busnyuk A.O., Notkin M.E., Livshits A.I. Hydrogen transport by group 5 metals: achieving the maximal flux density through a vanadium membrane. Technical Physics Letters. 2014. Vol. 40, N 3. P. 228–230.

doi:10.1134/S1063785014030031.

Dolan M.D. Non-Pd BCC alloy membranes for industrial hydrogen separation. Journal of Membrane Science. 2010. Vol. 362. P. 12–28. doi:10.1016/j.memsci.2010.06.068.

References

Vodorod v metallakh [Hydrogen in metals]

/ Eds. G. Alefel’d, J. Fel’kl’. Moscow: Mir, 1981.

Vol. 1, 506 p. Vol. 2, 403 p.

Vzaimodeistvie vodoroda s metallami

[Interactions of hydrogen with metals] / Ed. A.P.

Zakharov. Moscow: Nauka, 1987. 296 p.

Pisarev A. A., Tsvetkov I. V., Marenkov E. D.,

Yarko S. S. Pronitsaemost’ vodoroda cherez

metally [Hydrogen permeability through metals].

Moscow: MIFI, 2008. 144 p.

Cherdantsev Yu. P., Chernov I. P., Tyurin Yu. I.

Metody issledovaniya sistem metall – vodorod

[Methods of studying metal-hydrogen systems].

Tomsk: TPU, 2008. 286 p.

Izotopy vodoroda. Fundamental’nye i

prikladnye issledovaniya [Hydrogen isotopes.

Fundamental and applied studies] / Ed. A. A.

Yukhimchuk. Sarov: RFYaTs-VNIIEF, 2009. 697 p.

Varin R. A., Czujko T., Wronski Z. S.

Nanomaterials for solid state hydrogen storage.

Springer, New York, 2009. 338 p. doi:10.1007/978-

-387-77712-2

The hydrogen economy. Eds. M. Ball,

M. Wietschel. Cambridge Univ. Press, 2009. 646 p.

Handbook of hydrogen storage: new materials

for future energy storage / Ed. M. Hirscher. Wiley–

VCH, 2010. 353 p.

Gabis I. E. The method of concentration

pulses for studying hydrogen transport in solids.

Technical Physics. 1999. Vol. 44, N 1. P. 90–94.

doi:10.1134/1.1259257

Lototskyy M. V., Yartys V. A., Pollet B. G.,

Bowman R. C. Jr. Metal hydride hydrogen

compressors: a review. International Journal of

Hydrogen Energy. 2014. Vol. 39. P. 5818–5851.

doi:10.1016/j.ijhydene.2014.01.158

Indeitsev D. A., Semenov B. N. About a model

of structure-phase transfomations under hydrogen

influence. Acta Mechanica. 2008. Vol. 195. P. 295–

doi:10.1007/s00707-007-0568-z

Evard E. A., Gabis I. E., Yartys V. A. Kinetics

of hydrogen evolution from MgH2: experimental

studies, mechanism and modelling. International

Journal of Hydrogen Energy. 2010. Vol. 35. P. 9060–

doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.092

Zaika Yu. V., Rodchenkova N. I. Boundaryvalue

problem with moving bounds and dynamic

boundary conditions: diffusion peak of TDSspectrum

of dehydriding. Applied Mathematical

Modelling. Elsevier. 2009. Vol. 33, N 10. P. 3776–

doi:10.1016/j.apm.2008.12.018

Zaika Yu. V., Bormatova E. P. Parametric

identification of a hydrogen permeability model by

delay times and conjugate equations. International

Journal of Hydrogen Energy. 2011. Vol. 36, N 1.

P. 1295–1305. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.07.099

Zaika Yu. V., Rodchenkova N. I. Hydrogensolid

boundary-value problems with dynamical

conditions on surface. Mathematical Modelling.

Nova Sci. Publishers. 2013. P. 269–302.

Kojakhmetov S., Sidorov N., Piven V.,

Sipatov I., Gabis I., Arinov B. Alloys based

on group 5 metals for hydrogen purification

membranes. Journal of Alloys and Compounds.

doi:10.1016/j.jallcom.2015.01.242

Darken L. S., Gurri R. V. Fizicheskaya

khimiya metallov [Physical chemistry of

metals]. Moscow: Metallurgizdat, 1960. 585 p.

doi:10.1002/ange.19540660409

Bokshtein B. S. Diffuziya v metallakh

[Diffusion in metals]. Moscow: Metallurgiya, 1978.

p.

Alimov V. N., Busnyuk A. O., Notkin M. E.,

Livshits A. I. Hydrogen transport by group

metals: achieving the maximal flux density

through a vanadium membrane . Technical

Physics Letters. 2014. Vol. 40, N 3. P. 228–230.

doi:10.1134/S1063785014030031

Dolan M. D. Non-Pd BCC alloy membranes

for industrial hydrogen separation. Journal of

Membrane Science. 2010. Vol. 362. P. 12–28.

doi:10.1016/j.memsci.2010.06.068




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/mat133

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019