Численное моделирование окислительной конверсии метана в синтез-газ в реакторе с обращаемым потоком

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено численное моделирование окислительно-паровой конверсии метана в синтез-газ в реакторе фильтрационного горения без предварительного смешения реагентов с обращаемым потоком метанопаровой смеси и непрерывной подачей кислорода в центр реактора. Расчет проведен для мольных отношений кислород/метан 0.47 и пар/метан 0.5 в параметрической области, близкой к пределу реализации схемы. Рассмотрены различные режимы инициирования и управления обращением потока, получены количественные и качественные зависимости температуры горения и состава продуктов реакции от характеристик процесса. Сравнение параметров установившегося циклического режима конверсии с предсказанными по равновесной модели показывает, что кинетические ограничения приводят к более высокой температуре горения и неполному превращению метана. При высокой температуре конверсия протекает с образованием сажи и последующей реакцией ее с водяным паром.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. С. Костенко

Федеральный Исследовательский Центр проблем химической физики и медицинской химии Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: kostsv@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

А. Н. Иванова

Федеральный Исследовательский Центр проблем химической физики и медицинской химии Российской Академии наук

Email: kostsv@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

А. А. Карнаух

Федеральный Исследовательский Центр проблем химической физики и медицинской химии Российской Академии наук

Email: kostsv@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Е. В. Полианчик

Федеральный Исследовательский Центр проблем химической физики и медицинской химии Российской Академии наук

Email: kostsv@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Макарян И.А., Седов И.В., Никитин А.В., Арутюнов В.С. // Научный журнал Российского газового общества. 2020. № (1)24. С. 50.
  2. Алдошин С.М., Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Фокин И.Г. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 46. https://doi.org/10.31857
  3. Zagoruiko A.N. // Curr. Top. Catal. 2012. V. 10. P. 113.
  4. Arutyunov V. // Rev. Chem. Eng. 2021. V. 37. № 1. P. 99. https://doi.org/10.1515/revce-2018-0057
  5. Mujeebu M.A. // Appl. Energy. 2016. V. 173. P. 210. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.04.018
  6. Футько С.И., Жданок С.А. Химия фильтрационного горения газов. Минск: Беларус. навука, 2004.
  7. Kee R.J., Rupley F.M., Meeks E. et al. CHEMKIN-III: A Fortran Chemical Kinetics Package for the analysis of gas-phase chemical and plasma kinetics. SAND-96-8216 Report. Livermore, US: Sandia National Lab (SNL-CA), 1996.
  8. Smith G.P., Golden D.M., Frenklach M., Moriarty N.W., Eiteneer B., Goldenberg M. GRI-Mech 3.0. Chicago, US: Gas Research Institute. http://www.me.berkeley.edu/gri_mech
  9. Goodwin D., Moffat H.K., Speth R.L. Cantera: an Object-Oriented Software Toolkit for Chemical Kinetics, Thermodynamics, and Transport Processes. Version 2.5.0, 2019. www.cantera.org.
  10. Konnov A.A. http://homepages.vub.ac.be/~akonnov/
  11. Hughes K.J., Turanyi T., Clague A.R., Pilling M.J. // Intern. J. Chem. Kinet. 2001. V. 33. P. 513. https://doi.org/10.1002/kin.1048
  12. Fotovat F., Rahimpour M. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 37. P. 19312. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.098
  13. Карнаух А.А., Иванова А.Н. // Хим. физика. 2004. Т. 23. № 9. С. 13.
  14. Костенко С.С., Полианчик Е.В., Карнаух А.А., Иванова А.Н., Манелис Г.Б. // Хим. физика. 2006. Т. 25. № 5. С. 43.
  15. Дорофеенко С.О., Жирнов А.А., Полианчик Е.В., Салганский Е.А. Способ получения синтез-газа из водородсодержащего сырья в реакторе с обращаемым потоком и реактор для его осуществления: Патент РФ 2574464 // Б.И. 2016. № 4.
  16. Dorofeenko S.O., Polianczyk E.V. // Chem. Eng. J. 2016. V. 292. P. 183. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.02.013
  17. Polianczyk E.V, DorofeenkoS.O. // Intern. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. № 8. Р. 4079.
  18. Салганский Е.А., Цветков МВ., Зайченко А.Ю. и др. // Хим. физика. 2021. Т. 40. № 11. С. 14.
  19. Kostenko S.S., Ivanova A.N., Karnaukh А.А., Polianczyk Е.V. // Сhem. Eng. Process.: Process Intensif. 2017. V. 122. Р. 473; https://doi.oig/10.1016/j.cep.2017.05.014
  20. Дорофеенко С.О., Полианчик Е.В. // Хим.физика. 2022. Т. 41. № 3. С. 29; https://doi.oig/10.31857/S0207401X22030049
  21. Fierro М., Requena Р., Salgansky Е., Toledo М. // Сhеm. Eng. J. 2021. V. 425. № 12. Р. 130178; https://doi.oig/10.1016/j.cej.2021.130178
  22. Sung C.J, Li В., Law С.К. // 27th Sуmр. (Intern.) on Combust. 1998. V. 27. № 1. Р. 1523; https://www.princeton.edu/~cklaw/kinetics/slw001/
  23. Mallard W.G., Westley F., Неrrоп J.T., Hampson R.F. NIST Chemical Kinetics Database. Gaithersbuig, US: NIST, 1994.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Распределение температуры газа (К), концентрации сажи (моль/м3) И пространственное распределение вдоль оси реактора х (м) потоков Gi (моль/м2/c) основных реагентов (СH4, O2, H2O) и продуктов (H2, CO, С2Н2). Стрелка показывает направление потока газа. а – Вариант 1.1 во 2-ом полуцикле обращения потока. Кривые на двух верхних графиках приведены в различные моменты времени: 1 – 158, 2 – 163, 3 – 213, 4 – 412 с; на нижнем графике – потоки в момент времени 373 с. б – Вариант 1.2 во 2-ом полуцикле обращения потока. Кривые на двух верхних графиках в различные моменты времени: 1 – 254, 2 – 274, 3 – 374, 4 – 506 с; потоки на нижнем графике в момент времени 374 с. в – Вариант 1.3. Кривые на двух верхних графиках в различные моменты времени перед переключением направления потока газа: 1 – 3761, 2 – 4236, 3 – 4693, 4 – 5069, 5 – 5427, 6 – 5727 с; концентрация сажи в моменты времени: 1 – 5527, 2 – 5700, 3 – 5727 с. Потоки на нижнем графике в момент времени 5527 с.

Скачать (470KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости изменения со временем t (c) потоков Gi (моль/м2/c) на выходе из реактора для реагентов СН4, О2, Н2О и продуктов Н2, СО, С2Н2 для различных вариантов расчета: 1.1 и 1.2 (а), 1.3 (б), 2.1 и 2.2 (в), 3.1 и 3.2 (г) – в течение нескольких циклов.

Скачать (374KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость изменения среднего значения Ts (К) со временем (c) для различных вариантов расчета. Цифры у кривых – варианты расчета в табл. 1.

Скачать (15KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».