Ammonia cracking for hydrogen production using a microwave argon plasma jet

制氢 化学 开裂 热分解 喷射(流体) 等离子体 分解 分析化学(期刊) 热力学 物理化学 有机化学 物理 核物理学
作者
Xinhua Zhang,Min Suk
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:57 (6): 065203-065203 被引量:16
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ad0988
摘要

Abstract Ammonia (NH 3 ) is a promising hydrogen carrier that effectively connects producers of blue hydrogen with consumers, giving rapid conversion of ammonia to hydrogen a critical role in utilizing hydrogen at the endpoints of application in an ammonia-hydrogen economy. Because conventional thermal cracking of NH 3 is an energy intensive process, requiring a relatively longer cold start duration, plasma technology is being considered as an assisting tool—or an alternative. Here we detail how an NH 3 cracking process, using a microwave plasma jet (MWPJ) under atmospheric pressure, was governed by thermal decomposition reactions. We found that a delivered MW energy density (ED) captured the conversion of NH 3 well, showing a full conversion for ED > 6 kJ l −1 with 0.5-% v/v NH 3 in an argon flow. The hydrogen production rate displayed a linear increase with MW power and the NH 3 content, being almost independent of a total flow rate. A simplified one-dimensional numerical model, adopting a thermal NH 3 decomposition mechanism, predicted the experimental data well, indicating the importance of thermal decomposition in the plasma chemistry. We believe that such a prompt thermal reaction, caused by MW plasma, will facilitate a mobile and/or non-steady application. A process combined with the conventional catalytic method should also effectively solve a cold start issue.
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