Сверхкритический флюид с высокой электропроводностью

[Stak]

Уважаемые химики, требуется Ваша помощь. 

 

Для практической реализации энергетической установки без механически движущихся частей (описана в статье) требуется сжимаемый сверхкритический флюид с высокой электропроводностью.

 

В качестве такового был предложен (основываясь на источнике, также выдержка из источника приведена в статье по ссылке выше) сверхкритический раствор натрия в аммиаке, однако, есть подозрение, что при нагреве такого раствора образование амида натрия существенно ускорится (а также и образование нитрида натрия в реакции с высвободившимся азотом). 

При этом, для высокого КПД, желательно иметь максимально широкий температурный диапазон, от 150С до (в идеале) 1400С, т. к. выше уже разлагается аммиак.  Давление в контуре от 12МПа (необходимо для поддержания рабочего тела в состоянии СКФ). 

 

Вопрос - возможно ли стабилизировать такой СКФ раствор, сохранив его высокую электропроводность, например, связав натрий в комплекс с помощью комплиментарного ему краун-эфира. И какова будет температурная стабильность такого раствора? 

 

Возможны ли какие-то альтернативы? Например, возможно ли организовать в такой установке повторный синтез аммиака, из продуктов разложения амида и нитрида, и какой для этого нужен катализатор, работоспособный в присутствии натрия, и не ускоряющий при этом образование амида. 

 

Или, возможно, существует какое-то иное сжимаемое рабочее тело, обладающее высокой электропроводностью... (плазму не предлагать

[chemister2010]

А почему бы не использовать растворы солей в жидком аммиаке? Вам какая нужна электропроводность?

[Stak]

Электропроводность нужна максимально высокая, чем больше - тем лучше. И при этом, рабочее тело должен быть сжимаемым, т. е. оно должно быть в сверхкритическом состоянии. 

[Stak]

В 07.04.2024 в 22:59, chemister2010 сказал:

А почему бы не использовать растворы солей в жидком аммиаке? Вам какая нужна электропроводность?

Тут пишут, что при растворении солей в жидком аммиаке сольватированные электроны не образуются. Так что электропроводность будет низкая. 

[chemister2010]

В 08.04.2024 в 09:02, Stak сказал:

Тут пишут, что при растворении солей в жидком аммиаке сольватированные электроны не образуются. Так что электропроводность будет низкая. 

 

Да, я уже глянул. У растворов максимум проводимости меньше 1 См*см. Электриды вам тоже не помогут, так как все разлагаются до 100 С.

Реакция с аммиаком без катализаторов начинается около 300 С. Это будет температурным пределом этой системы.

Для высоких температур надо будет использовать металлы -   ртуть, либо цезий.

 

Изменено 8 Апреля, 2024 в 07:00 пользователем chemister2010

[user2022]

Опыты лучше начинать с простых электропроводящих растворов при безопасных (атмосферных) давлениях в 100 кПа. 

 

Из наблюдений селюков - если уж делать какую-то генерилку для хозяйства огородников (стационарную) - то на нее объем и вес достаточно пофиг. Особливо при приличном ресурсе (десятые доли века и более). А это значит можно иметь достаточно низкие удельные параметры по объему и весу. Крупному капиталу такие изобретения мало интересны потому привлекать инвесторов на такое будет сложно. А вот высокая проводимость нужна скорее генерилкам со сверхвысоким кпд (сильно выше 50%). Если понимать в математический смысл кпд - его практически полезный прирост очень разный в диапазоне до половины и выше половины. Это у взрослых дядей на больших электростанциях или от любви к железякам и идеалу бывает потребность запилить генерилку с магнитным полем с кпд весьма более 90..99 процентов. Там ставят металы в электропроводники и магниты высокой магнитной проводимости. 

 

Идея поставить бочку 100+ бар и рядом с жилой будкой также проблемна. Величина опасности систем с давлением выше атмосферного (на как раз сжимаемом и обратно расширяющемся веществе) пропорциональна давлению и количеству вещества. В помянутых там системах высокого давления или очень мало вещества или оно еще и не_саморасширяемо при атмосферной температуре и давлении т.е. выделяет мало энергии при аварии установки. В ДВС так вообще объем вещества при высоком давлении весьма мал и давления нету при остановке ДВС. А тут сжатое вещество в заметном количестве и с возможностью расширения при аварии до объема "при нормальных условиях". Потому даже на желаемые киловаты в частном домохозяйстве при хлопочке такая установка сдует жилую будку с убитыми и скорее еще и ранит часть соседей на открытой местности без укрытий осколками. Собственно проблемой безопасности в народном хозяйстве установок под давлением выше 100 кПа занимается гостехнадзор и его часть котлонадзор - там можно поискать параметры допустимых безопасных установок по давлению и объему (бытовая кухонная скороварка вроде до около 10 литров при около 200 кПа еще безнадзорна). И все более уже подлежит надзору и значит корупционоемко и удорожает владение установкой и будет отягчающим обстоятельством в уголовном деле если таки автор и/или хозяин установки сможет дожить до получения постановления о признании обвиняемым.

 

Ну и если понимать в слова федерального языка физически - в описаных установках есть движущиеся части. Там нету только трения твердых движущихся частей. 

В 08.04.2024 в 09:57, chemister2010 сказал:

Для высоких температур надо будет использовать металлы -   ртуть, либо цезий.

 

В практическом макете под средние температуры скорее хватит расплава припоев типа олово-свинец. Оно таки менее проблемно химически в домохозяйстве. И скорее даже сильно дешевле (цезия). Идею с высокими давлениями газообразных при 300К веществ скорее отменят для установок для бытового применения. А всякие там аэрокосмические и военные дяди и так знают на чем общепринято все делать.

Изменено 8 Апреля, 2024 в 07:38 пользователем user2022

[chemister2010]

В 08.04.2024 в 10:32, user2022 сказал:

В практическом макете под средние температуры скорее хватит расплава припоев типа олово-свинец. Оно таки менее проблемно химически в домохозяйстве. И скорее даже сильно дешевле (цезия).

 

Человеку надо рабочий газ. А ртуть и цезий - самые легкокипящие металлы. Из более безопасных и доступных - цинк с температурой кипения 906 С.

Изменено 8 Апреля, 2024 в 07:42 пользователем chemister2010

[Stak]

В 08.04.2024 в 09:57, chemister2010 сказал:

 

Да, я уже глянул. У растворов максимум проводимости меньше 1 См*см. Электриды вам тоже не помогут, так как все разлагаются до 100 С.

Реакция с аммиаком без катализаторов начинается около 300 С. Это будет температурным пределом этой системы.

Для высоких температур надо будет использовать металлы -   ртуть, либо цезий.

 

Электриды - всё же твердые соединения, пока краун-эфиры в растворе, да ещё и под высоким давлением - возможно картина иная? Данных по температуре разложения 15-краун-5 эфира, к сожалению, не нашёл. Криптанд-2,2,2 - да, тот, точно до 100С разлагается.

 

300С - маловато... Это даёт дельту температур нагревателя и холодильника всего около 150К, КПД цикла Карно при этом около 25%, а в реальной тепловой машине - ещё меньше. Хотя в принципе, это уже можно применить в некоторых случаях.
 

А если аммиак заменить на какой-либо из аминов? Кстати, в литературе есть ссылки на то, что краун-эфиры существенно повышают растворимость щелочных металлов в аминах.

ртуть и цезий имеют слишком высокие для практического применения критические параметры. В первую очередь - температуру. Хотя и давление, в случае ртути - тоже большая проблема.

Т.к. температура конечного поглотителя (холодильника) в тепловой машине - должна быть выше критической точки, а то рабочее тело сконденсируется, и реализовать однофазный цикл не получится.

 

[user2022]

100+ атмосфер и аммиака и ртути и цезия в заметном объеме скорее одинаково платно по уголовному кодексу будут. Чтобы там выжать какие-то заметные (для инвесторов или даже покупателей) сотни ват там придется этого рабочего газа держать больше литра и долго (больше секунды) и это уже может быть за пределами допустимых энергетических параметров установок для бытовых целей. Даже если суметь построить оболочку нужного объема держащую нужное давление при рабочих температурах и еще и дающую возможность прогонять через установку нужный тепловой поток (чтобы эксперты меньше подозревали ее в попытке косплея вечного двигателя или даже добывалки энергии из занимаемой области пространства).

 

По федеральным нормам-правилам надзора - ПРИКАЗ от 15 декабря 2020 г. N 536 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ФЕДЕРАЛЬНЫХ НОРМ И ПРАВИЛ В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОБОРУДОВАНИЯ, РАБОТАЮЩЕГО ПОД ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ" Не подлежит учету в органах Ростехнадзора и иных федеральных органах исполнительной власти, уполномоченных в области промышленной безопасности следующее оборудование под давлением: а) сосуды, работающие со средой 1-й группы (согласно ТР ТС 032/2013) при температуре стенки не более 200 °C, у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и вместимости (м3 ) не превышает 0,05, а также сосуды, работающие со средой 2-й группы (согласно ТР ТС 032/2013) при указанной выше температуре, у которых произведение значений рабочего давления (МПа) и вместимости (м3 ) не превышает 1,0.

 

Даже если греть этот стирлинг до разрешенных безучетных 200ц - там при 100 атм скорее допустимо только 5 литров. Маловато будет на заметную комерческую мощность. А все горячее 200ц вроде подлежит учету даже и при более низких давлениях и меньших размерах.

[chemister2010]

В 08.04.2024 в 10:49, Stak сказал:

Электриды - всё же твердые соединения, пока краун-эфиры в растворе, да ещё и под высоким давлением - возможно картина иная? Данных по температуре разложения 15-краун-5 эфира, к сожалению, не нашёл. Криптанд-2,2,2 - да, тот, точно до 100С разлагается.

 

Я много читал про электриды и алкалиды. Рекорд стабильности пока 140 С. Да и проводимость у них меньше, чем у металлов.

 

 

В 08.04.2024 в 10:49, Stak сказал:

А если аммиак заменить на какой-либо из аминов? Кстати, в литературе есть ссылки на то, что краун-эфиры существенно повышают растворимость щелочных металлов в аминах.

ртуть и цезий имеют слишком высокие для практического применения критические параметры. В первую очередь - температуру. Хотя и давление, в случае ртути - тоже большая проблема.

Т.к. температура конечного поглотителя (холодильника) в тепловой машине - должна быть выше критической точки, а то рабочее тело сконденсируется, и реализовать однофазный цикл не получится.

 

 

Основная проблема с краунами - металлы реагируют с ними, расщепляя их при температурах ниже 100 С.

 

Почему вы уперлись именно в критическое состояние? Чем вас не устраивает обычный пар?