Отправить статью по E-mail Сажеобразование при пиролизе этилена с добавками метанола и бутанола
- Авторы: Еремин А.В.1, Коршунова М.Р.1, Михеева Е.Ю.1
-
Учреждения:
- Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
- Выпуск: Том 15, № 1 (2022)
- Страницы: 22-29
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2305-9117/article/view/288289
- DOI: https://doi.org/10.30826/CE22150103
- ID: 288289
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
Экспериментально исследован процесс сажеобразования при пиролизе этилена с добавками спиртов: метанола и бутанола за ударными волнами в диапазоне температур 2009–2524 K и давлений 2,56–3,58 бар. Методом лазерной экстинкции на длине волны 633 нм измерены временные профили оптической плотности среды, отражающие выход сажи. Размеры образующихся углеродных наночастиц измерены методом лазерно-индуцированной инкандесценции (ЛИИ). На основании проведенных измерений определены температурные зависимости выхода сажи, размеров частиц и времен индукции появления конденсированной фазы. Показано, что добавки метанола и бутанола ускоряют и увеличивают выход сажи. Наблюдаемый эффект промотирования сажеобразования проявляется сильнее при добавке бутанола, чем метанола. Обсуждаются кинетические причины влияния метанола и бутанола на пиролиз этилена.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Александр Викторович Еремин
Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: eremin@jiht.ru
доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией
Россия, 125412, МоскваМайя Ручировна Коршунова
Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Email: mayya_korshunova_95@mail.ru
младший научный сотрудник
Россия, 125412, МоскваЕкатерина Юрьевна Михеева
Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Email: ekaterina.mikheyeva@gmail.com
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Россия, 125412, МоскваСписок литературы
- Yao M., Wang H., Zheng Z., Yue Y. Experimental study of n-butanol additive and multi-injection on HD diesel engine performance and emissions // Fuel, 2010. Vol. 89. P. 2191–2201. doi: 10.1016/j.fuel.2010.04.008.
- Ni T., Gupta S. B., Santoro R. J. Suppression of soot formation in ethene laminar diffusion flames by chemical additives // Symposium (International) on Combustion, 1994. Vol. 25. P. 585–592. doi: 10.1016/S0082-0784(06)80689-2.
- Xu H., Yao C., Xu G., Wang Z., Jin H. Experimental and modelling studies of the effects of methanol and ethanol addition on the laminar premixed low-pressure n-heptane/toluene flames // Combust. Flame, 2013. Vol. 160. P. 1333–1344. doi: 10.1016/j.combustflame.2013.02.018.
- Zhou M., Yan F., Zhong X., Xu L., Wang Y. Sooting characteristics of partially-premixed flames of ethanol and ethylene mixtures: Unravelling the opposing effects of ethanol addition on soot formation in non-premixed and premixed flames // Fuel, 2021. Vol. 291. P. 120089. doi: 10.1016/j.fuel.2020.120089.
- Yang S. S., G•ulder O•. L. Ethanol supplement increases soot yields in nitrogen-diluted laminar ethylene diffusion flames at pressures from 3 to 5 bar // Combust. Flame, 2021. Vol. 227. P. 1–10. doi: 10.1016/j.combustflame.2020.12.039.
- Eremin A. V., Gurentsov E. V., Kolotushkin R. N., Mikheyeva E. Yu. Dependence of soot primary particle size on the height above a burner in target ethylene/air premixed flame // Combust. Sci. Technol., 2021. Published online 04 Mar 2021. doi: 10.1080/00102202.2021.1894138.
- Frenklach M., Clary D., Gardiner W. C., Stein S. E. Effect of fuel structure on pathways to soot // Symposium (International) on Combustion, 1986. Vol. 21. P. 1067–1076. doi: 10.1016/S0082-0784(88)80337-0.
- Bauerle St., Karasevich Y., Slavov St., Tanke D., Tappe M., Thienel Th., Wagner H. Gg. Soot formation at elevated pressures and carbon concentrations in hydrocarbon pyrolysis // Symposium (International) on Combustion, 1994. Vol. 25. P. 627–634. doi: 10.1016/S0082-0784(06)80694-6.
- De Iuliis S., Chaumeix N., Idir M., Paillard C.-E. Scattering/extinction measurements of soot formation in a shock tube // Exp. Therm. Fluid Sci., 2008. Vol. 32. P. 1354–1362. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2007.11.008.
- Агафонов Г. Л., Билера И. В., Власов П. А., Жильцова И. В., Колбановский Ю. А., Смирнов В. Н., Тереза А. М. Единая кинетическая модель сажеобразования при пиролизе и окислении алифатических и ароматических углеводородов в ударных волнах // Кинетика и катализ, 2016. Т. 57. № 5. С. 571–587. doi: 10.7868/S0453881116050014.
- Frenklach M., Yuan T. Effect of alcohol addition on shock-initiated formation of soot from benzene // 16th Symposium (International) on Shock Tubes and Waves Proceedings, 1987. P. 487–493.
- Alexiou A., Williams A. Soot formation in shock-tube pyrolysis of toluene, toluene–methanol, toluene–ethanol, and toluene–oxygen mixtures // Combust. Flame, 1996. Vol. 104. P. 51–65. doi: 10.1016/0010-2180(95)00004-6.
- Agafonov G. L., Naydenova I., Vlasov P. A., Warnatz J. Detailed kinetic modeling of soot formation in shock tube pyrolysis and oxidation of toluene and n-heptane // P. Combust. Inst., 2007. Vol. 31. P. 575–583. doi: 10.1016/j.proci.2006.07.191.
- Eremin A., Gurentsov E., Mikheyeva E. Experimental study of temperature influence on carbon particle formation in shock wave pyrolysis of benzene and benzene–ethanol mixtures // Combust. Flame, 2015. Vol. 162. P. 207–215. doi: 10.1016/j.combustflame.2014.09.015.
- Eremin A., Mikheyeva E., Selyakov I. Influence of methane addition on soot formation in pyrolysis of acetylene // Combust. Flame, 2018. Vol. 193. P. 83–91. doi: 10.1016/j.combustflame.2018.03.007.
- Yan F., Xu Lei., Wang Y., Park S., Sarathy S. M., Suk H. C. 2019. On the opposing effects of methanol and ethanol addition on PAH and soot formation in ethylene counterflow diffusion flames // Combust. Flame, 2019. Vol. 202. P. 228–242. doi: 10.1016/j.combustflame.2019.01.020.
- Sarathy S., Vranckx S., Yasunaga K., Mehl M., OfJ wald P., Metcalfe W., Westbrook C., Pitz W., Kohse-H•oinghaus K., Fernandes R., Curran H. A comprehensive chemical kinetic combustion model for the four butanol isomers // Combust. Flame, 2012. Vol 159. P. 2028–2055. doi: 10.1016/j.combustflame.2011.12.017.
- Li Y,. Zhao J., Calvin Laurent T. D., Wu G. Development of a skeletal combustion mechanism for natural gas engine using n-butanol–diesel blend as pilot fuel // Fuel, 2021. Vol. 305. P. 121567. doi: 10.1016/j.fuel.2021.121567.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1 Сигнал лазерной экстинкции и методология определения времени индукции: 5% C2H4 + 1% C4H9OH + 94% Ar, T5 = 2146 K, P5 = 3,11 бар
Скачать (301KB)
3.
Рис. 2 Температурная зависимость оптической плотности на временах 0,75 (а) и 1,5 мс (б) в смесях этилена с метанолом: 1 — 5% C2H4 в Ar; 2 — 5% C2H4 + 0,5% CH3OH в Ar; 3 — 5% C2H4 + 1% CH3OH в Ar
Скачать (80KB)
4.
Рис. 3 Температурная зависимость оптической плотности на временах 0,75 (а) и 1,5 мс (б) в смесях этилена с бутанолом: 1 — 5% C2H4 в Ar; 2 — 5% C2H4 + 0,5% C4H9OH в Ar; 3 — 5% C2H4 + 1% C4H9OH в Ar
Скачать (77KB)
5.
Рис. 4 Температурная зависимость размеров углеродных наночастиц на временах 1,5 мс в смесях этилена с метанолом (а) и бутанолом (б): 1 — ПЭМ 5% C2H4 в Ar; 2 — 5% C2H4 в Ar; 3 — 5% C2H4+0.5% CH3OH в Ar; 4 — 5% C2H4 + 1% CH3OH в Ar; 5 — 5% C2H4 + 0.5% C4H9OH в Ar; 6 — 5% C2H4 + 1% C4H9OH в Ar
Скачать (79KB)
6.
Рис. 5 Температурная зависимость времени индукции появления конденсированной фазы в смесях этилена с метанолом (a) и бутанолом (б). Значки — эксперимент; прямые — аппроксимация: 1 — 5% C2H4 в Ar; 2 — 5% C2H4 + 0.5% CH3OH в Ar; 3 — 5% C2H4 + 1% CH3OH в Ar; 4 — 5% C2H4 + 0.5% C4H9OH в Ar; 5 — 5% C2H4 + 1% C4H9OH в Ar
Скачать (85KB)
