Сравнение влияния добавок Н2О и СО2 на процесс конверсии метана в синтез-газ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Впервые проведено детальное кинетическое моделирование поведения неразбавленных смесей метана с кислородом с добавками СО2  и Н2О с учетом образования микрогетерогенных частиц сажи в диапазоне температур 1500–1800 К при давлении P50=1 бар. Появление частиц сажи наблюдалось для богатых смесей, начиная с коэффициента избытка топлива ϕ=3,33. На нижнем пределе исследуемого диапазона температур T50=1500 К образуется небольшое количество частиц сажи (менее 1% по массе атомов С), и существенного влияния на остальные параметры реагирующей системы они не оказывают. Заметное влияние частиц сажи при T50=1500 К наблюдается для ϕ=8.0. Наиболее ярко это проявляется в том, что температурный профиль процесса заметно меняется. При добавках воды на нем наблюдаются два максимума на временах порядка 0,01 и 0,1 с. В случае добавок СО2 второй максимум почти не выражен. Сложный профиль температуры приводит к появлению второго максимума концентрации гидроксильных радикалов ОН при ~0,1 с. 

Об авторах

Артур Ринатович Ахуньянов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: jkratos69@yandex.ru

научный сотрудник

Россия, Москва

Павел Александрович Власов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Email: iz@chph.ras.ru

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, доцент

Россия, Москва; Москва

Владимир Николаевич Смирнов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук

Email: vns1951@yandex.ru

доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник

Россия, Москва

Артем Владимирович Арутюнов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук

Email: aarutyunovv@gmail.com

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

Россия, Москва

Дмитрий Ильич Михайлов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук

Email: mihalych2006@mail.ru

кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

Россия, Москва

Владимир Сергеевич Арутюнов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семёнова Российской академии наук

Email: arutyunov@chph.ras.ru

доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией

Россия, Москва

Список литературы

  1. Арутюнов В. С., Голубева И. А., Елисеев О. Л., Жагфаров Ф. Г. Технология переработки углеводородных газов. — М.: Юрайт, 2020. 723 с.
  2. Арутюнов В. С. Водородная энергетика: Значение, источники, проблемы, перспективы (обзор) // Нефтехимия, 2022. Т. 62. № 4. С. 459–470.
  3. Nikitin A., Ozersky A, Savchenko V., Sedov I., Shmelev V., Arutyunov V. Matrix conversion of natural gas to syngas: The main parameters of the process and possible applications // Chem. Eng. J., 2019. Vol. 377. Article No. 120883. doi: 10.1016/j.cej.2019.01.162.
  4. Алдошин С. М., Арутюнов В. С., Савченко В. И., Седов И. В., Никитин А. В., Фокин И. Г. Новые некаталитические методы переработки углеводородных газов // Хим. физика, 2021. Т. 40. № 5. С. 46. doi: 10.31857/S0207401X21050034.
  5. Savchenko V. I., Zimin Ya. S., Nikitin A. V., Sedov I. V., Arutyunov V. S. Utilization of CO in non-catalytic dry reforming of C –C hydrocarbons // J. CO Util., 2021. Vol. 47. P. 101490. doi: 10.1016/j.jcou.2021.101490.
  6. Savchenko V. I., Nikitin A. V., Zimin Ya. S., Ozerskii A. V., Sedov I. V., Arutyunov V. S. Impact of post-flame processes on the hydrogen yield in matrix partial oxidation reformer // Chem. Eng. Res. Des., 2021. Vol. 175. P. 250–258. doi: 10.1016/j.cherd.2021.09.009.
  7. Савченко В. И., Зимин Я. С., Бузилло Э., Никитин А. В., Седов И. В, Арутюнов В. С. О равновесном составе продуктов в некаталитических процессах конверсии углеводородов // Нефтехимия, 2022. Т. 62. № 3. С. 375–386.
  8. Агафонов Г. Л., Билера И. В., Власов П. А., Колбановский Ю. А., Смирнов В. Н., Тереза А. М. Образование сажи при пиролизе и окислении ацетилена и этилена в ударных волнах // Кинетика и катализ, 2015. Т. 56. № 1. С. 15–35. doi: 10.7868/S0453881115010013.
  9. Ахуньянов А. Р., Арутюнов А. В., Власов П. А., Смирнов В. Н., Арутюнов В. С. Влияние добавок СО на некаталитическую конверсию природного газа в синтез-газ и водород // Кинетика и катализ, 2023. Т. 64. № 2. С. 153–172. doi: 10.31857/S0453881123020016.
  10. Wang H., You X., Joshi A. V., Davis S. G., Laskin A., Egolfopoulos F., Law C. K. USC Mech Version II. High temperature combustion reaction model of H /CO/C –C compounds. https://ignis.usc.edu:80/Mechanisms/USC-Mech%20II/USC_Mech%20II.htm.
  11. 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. EDN: WLNMLZ.
  12. Skjoth-Rasmussen M. S., Glarborg P., Ostberg M., Johannessen J. T., Livbjerg H., Jensen A. D., Christensen T. S. Formation of polycyclic aromatic hydrocarbons and soot in fuel-rich oxidation of methane in a laminar flow reactor // Combust. Flame, 2004. Vol. 136. P. 91–128.
  13. Richter H., Granata S., Green W. H., Howard J. B. Detailed modeling of PAH and soot formation in a laminar premixed benzene/oxygen/argon low-pressure flame // P. Combust. Inst., 2005. Vol. 30. P. 1397–1405.
  14. Frenklach M., Warnatz J. Detailed modeling of PAH profiles in a sooting low-pressure acetylene flame // Combust. Sci. Technol., 1987. Vol. 51. P. 265–283.
  15. Wang H., Dames E., Sirjean B., Sheen D. A., Tangko R., Violi A. A high-temperature chemical kinetic model of -alkane (up to -dodecane), cyclohexane, and methyl-, ethyl-, -propyl and -butyl-cyclohexane oxidation at high temperatures. JetSurF Version 2.0, 2010. http://web.stanford.edu/group/haiwanglab/JetSurF/JetSurF2.0/index.html.
  16. Frenklach M., Mebel A. On the mechanism of soot nucleation // Phys. Chem. Chem. Phys., 2020. Vol. 22. P. 5314–5331. doi: 10.1039/D0CP00116C.
  17. Correa C., Niemann H., Schramm B., Warnatz J. 2000. Reaction mechanism reduction for higher hydrocarbons by the ILDM method // P. Combust. Inst., 2000. Vol. 28. P. 1607–1614.
  18. Hansen N., Klippenstein S. J., Westmoreland P. R., Kasper T., Kohse-Hoinghaus K., Wang J., Cool T. A. A combined ab initio and photoionization mass spectrometric study of polyynes in fuel-rich flames // Phys. Chem. Chem. Phys., 2008. Vol. 10. P. 366–374.
  19. Agafonov G. L., Mikhailov D. I., Smirnov V. N., Tereza A. M., Vlasov P. A., Zhiltsova I. V. Shock tube and modeling study of chemical ionization in the oxidation of acetylene and methane mixtures // Combust. Sci. Technol., 2016. Vol. 188. No. 11-12. P. 1815–1830. doi: 10.1080/00102202.2016.1211861.
  20. Vlasov P. A., Zhiltsova I. V., Smirnov V. N., Tereza A. M., Agafonov G. L., Mikhailov D. I. Chemical ionization of -hexane, acetylene, and methane behind reflected shock waves // Combust. Sci. Technol., 2018. Vol. 190. No. 1. P. 57–81. doi: 10.1080/00102202.2017.1374954.
  21. Власов П. А., Ахуньянов А. Р., Смирнов В. Н. Экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование пиролиза и окисления метана в отраженных ударных волнах с учетом сажеобразования // Кинетика и катализ, 2022. Т. 63. № 2. С. 160–177. doi: 10.31857/ S0453881122020149.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).