Кинетика и катализ, 2023, T. 64, № 6, стр. 681-696
Влияние образования микрогетерогенных частиц сажи на газофазную конверсию метана в синтез-газ. Роль добавок Н2О и СО2
А. Р. Ахуньянов a, *, П. А. Власов a, b, В. Н. Смирнов a, А. В. Арутюнов a, Д. И. Михайлов a, В. С. Арутюнов a, c
a ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 4, Россия
b Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”
115409 Москва, Каширское шоссе, 31, Россия
c ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН
142432 Черноголовка, проспект Акад. Семенова, 1, Россия
* E-mail: shocktube@yandex.ru
Поступила в редакцию 15.04.2023
После доработки 24.05.2023
Принята к публикации 15.06.2023
- EDN: JTLUGG
- DOI: 10.31857/S0453881123060011
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Аннотация
Методом кинетического моделирования исследовано влияние образования микрогетерогенных частиц сажи на газофазную конверсию в синтез-газ богатых смесей метана с кислородом в диапазоне температур от 1500 до 1800 К в условиях адиабатического реактора. Изучена также роль добавок СО2 и Н2О в этом процессе. Появление частиц сажи наблюдается в богатых смесях, начиная с коэффициента избытка топлива ϕ = 3.33. При относительно низких температурах ~1500 К образуется небольшое количество микрогетерогенных частиц сажи, которые не оказывают существенного воздействия на остальные компоненты реагирующей системы. Заметное влияние частиц сажи при этой температуре происходит при более высоком значении ϕ = 8.0. Наиболее ярко это проявляется на температурном профиле процесса, на котором при добавлении воды в реагирующую смесь наблюдаются два максимума на временах порядка 0.01 и 0.1 с. В случае смесей, содержащих СО2, второй максимум на профиле температуры почти не выражен. Сложный профиль температуры приводит к появлению второго максимума концентрации гидроксильных радикалов ОН на временах ~0.1 с. Добавки Н2О и СО2 позволяют в широких пределах изменять отношение Н2/СО в синтез-газе, что необходимо для синтеза различных продуктов. Поскольку содержащийся в реагирующей смеси СО2 в этих условиях реально вовлекается в химический процесс, его частичная рециркуляция из продуктов конверсии дает возможность снизить его эмиссию при получении синтез-газа.
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Список литературы
Арутюнов В.С., Голубева И.А., Елисеев О.Л., Жагфаров Ф.Г. Технология переработки углеводородных газов. Учебник для вузов. Москва: Юрайт. 2020. 723 с. ISBN 978-5-534-12398-2
Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 4. С. 459. https://doi.org/10.1134/S0965544122040065
Nikitin A., Ozersky A., Savchenko V., Sedov I., Shmelev V., Arutyunov V. // Chem. Eng. J. 2019. V. 377. Article 120883. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.162
Алдошин С.М., Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Фокин И.Г. // Химическая физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 46. https://doi.org/10.31857/S0207401X21050034
Savchenko V.I., Zimin Ya.S., Nikitin A.V., Sedov I.V., Arutyunov V.S. // J. CO2 Utilization. 2021. V. 47. 101490. https://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101490
Savchenko V.I., Nikitin A.V., Zimin Ya.S., Ozerskii A.V., Sedov I.V., Arutyunov V.S. // Chem. Eng. Res. Des. 2021. V. 175. P. 250. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.09.009
Савченко В.И., Зимин Я.С., Бузилло Э., Никитин А.В., Седов И.В., Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 3. С. 375. https://doi.org/10.1134/S0965544122050048
Агафонов Г.Л., Билера И.В., Власов П.А., Колбановский Ю.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Кинетика и катализ. 2015. Т. 56. № 1. С. 15. https://doi.org/10.7868/S0453881115010013
Ахуньянов А.Р., Арутюнов А.В., Власов П.А., Смирнов В.Н., Арутюнов В.С. // Кинетика и катализ. 2023. Т. 64. № 2. С. 153. https://doi.org/10.31857/S0453881123020016
Frenklach M. // Chem. Eng. Sci. 1985. V. 40. P. 1843.
Frenklach M., Taki S., Matula R.A. // Combust. Flame. 1983. V. 49. P. 275.
Appel J., Bockhorn H., Frenklach M. // Combust. Flame. 2000. V. 121. № 1–2. P. 122.
Wang H., Frenklach M. // Combust. Flame. 1997. V. 110. № 1–2. P. 173.
Frenklach M., Wang H. Detailed Mechanism and Modeling of Soot Particle Formation / Soot Formation in Combustion: Mechanisms and Models. Ed. H. Bockhorn, Springer Series in Chemical Physics, Berlin: Springer-Verlag, 1994. V. 59. P. 162.
Richter H., Granata S., Green W.H., Howard J.B. // Proc. Combust. Inst. 2005. V. 30. № 1. P. 1397.
Deuflhard P., Wulkow M. // Impact Comput. Sci. Eng. 1989. V. 1. P. 269.
Wulkow M. // Macromol. Theory Simul. 1996. V. 5. P. 393.
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 H2/CO/C1–C4 compounds. http://ignis.usc.edu/USC-MechII.htm
Агафонов Г.Л., Билера И.В., Власов П.А., Жильцова И.В., Колбановский Ю.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Кинетика и катализ. 2016. Т. 57. № 5. С. 571.
Skjøth-Rasmussen M.S., Glarborg P., Østberg M., Johannessen J.T., Livbjerg H., Jensen A.D., Christensen T.S. // Combust. Flame. 2004. V. 136. P. 91.
Richter H., Granata S., Green W.H., Howard J.B. // P. Combust. Inst. 2005. V. 30. P. 1397.
Frenklach M., Warnatz J. // Combust. Sci. Technol. 1987. V. 51. P. 265.
Wang H., Dames E., Sirjean B., Sheen D.A., Tangko R., Violi A. A high-temperature chemical kinetic model of n-alkane (up to n-dodecane), cyclohexane, and methyl-, ethyl-, n-propyl and n-butyl-cyclohexane oxidation at high temperatures. JetSurF Version 2.0, 2010.http://web.stanford.edu/group/haiwanglab/JetSurF/JetSurF2.0/index.htm
Correa C., Niemann H., Schramm B., Warnatz J. // P. Combust. Inst. 2000. V. 28. P. 1607.
Hansen N., Klippenstein S.J., Westmoreland P.R., Kasper T., Kohse-Hoinghaus K., Wang J., Cool T.A. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2008. V. 10. P. 366.
Agafonov G.L., Mikhailov D.I., Smirnov V.N., Tereza A.M., Vlasov P.A., Zhiltsova I.V. // Combust. Sci. Technol. 2016. V. 188. № 11–12. P. 1815. https://doi.org/10.1080/00102202.2016.1211861
Vlasov P.A., Zhiltsova I.V., Smirnov V.N., Tereza A.M., Agafonov G.L., Mikhailov D.I. // Combust. Sci. Technol. 2018. V. 190. № 1. P. 57. https://doi.org/10.1080/00102202.2017.1374954
Власов П.А., Ахуньянов А.Р., Смирнов В.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 160. https://doi.org/10.31857/S0453881122020149
Agafonov G.L., Borisov A.A., Smirnov V.N., Troshin K.Ya., Vlasov P.A., Warnatz J. // Combust. Sci. Technol. 2008. V. 180. № 10. P. 1876. https://doi.org/10.1080/00102200802261423
Agafonov G.L., Smirnov V.N., Vlasov P.A. // Combust. Sci. Technol. 2010. V. 182. № 11. P. 1645. https://doi.org/10.1080/00102202.2010.497331
Agafonov G.L., Naydenova I., Vlasov P.A., Warnatz J. // P. Combust. Inst. 2007. V. 31. P. 575. https://doi.org/10.1016/j.proci.2006.07.191
Naydenova I., Nullmeier M., Warnatz J., Vlasov P.A. // Combust. Sci. Technol. 2004. V. 176. P. 1667. https://doi.org/10.1080/00102200490487544
Vlasov P.A., Agafonov G.L., Mikhailov D.I., Smirnov V.N., Tereza A.M., Zhiltsova I.V., Sychev A.E., Shchukin A.S., Khmelenin D.N., Streletskii A.N., Borunova A.B., Stovbun S.V. // Combust. Sci. Technol. 2019. V. 191. № 2. P. 243. https://doi.org/10.1080/00102202.2018.1451995
Vlasov P.A., Warnatz J. // P. Combust. Inst. 2002. V. 29. P. 2335.
Agafonov G.L., Smirnov V.N., Vlasov P.A. // P. Combust. Inst. 2011. V. 33. P. 625. https://doi.org/10.1016/j.proci.2010.07.089
Власов П.А., Варнатц Ю. // Химическая физика. 2004. Т. 23. № 10. С. 42.
Власов П.А., Варнатц Ю., Найденова И. // Химическая физика. 2004. Т. 23. № 11. С. 36.
Власов П.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М., Агафонов Г.Л., Колбановский Ю.А., Билера И.В., Михайлов Д.И., Жильцова И.В. // Химическая физика. 2016. Т. 35. № 12. С. 35. https://doi.org/10.7868/S0207401X16120165
Агафонов Г.Л., Билера И.В., Власов П.А., Колбановский Ю.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Химическая физика. 2016. Т. 35. № 8. С. 21. https://doi.org/10.7868/S0207401X16080033
Агафонов Г.Л., Власов П.А., Смирнов В.Н. // Кинетика и Катализ. 2011. Т. 52. № 3. С. 368.
Agafonov G.L., Smirnov V.N., Vlasov P.A. // Combust. Sci. Technol. 2012. V. 184. № 10–11. P. 1838. https://doi.org/10.1080/00102202.2012.690644
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Кинетика и катализ