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