Numerical simulation of oxidative conversion of methane to synthesis gas in a reversed flow reactor

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A numerical model for the POX steam-oxygen conversion of methane to synthesis gas in a reversed flow non-premixed filtration combustion reactor with a reversed flow of steam-methane mixture and a continuous supply of oxygen to the reactor center is considered. The calculation was carried out for the oxygen/methane molar ratio 0.47 and steam/methane 0.5, i.e., in the parametric region close to the limit for the feasibility of the scheme. Various modes of initiation and control of flow reverse are considered, and dependences of the combustion temperature and the composition of products on the characteristics of the process are obtained. Comparison of the established cyclic mode of conversion with the predictions of the equilibrium model shows that kinetic constraints lead to a higher combustion temperature and incomplete conversion of methane. At high temperatures, the conversion proceeds via initial soot formation during the pyrolysis of methane and the subsequent reaction of soot with steam.

全文:

受限制的访问

作者简介

S. Kostenko

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Science

编辑信件的主要联系方式.
Email: kostsv@icp.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka

A. Ivanova

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Science

Email: kostsv@icp.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka

A. Karnaukh

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Science

Email: kostsv@icp.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka

E. Polianczyk

Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Science

Email: kostsv@icp.ac.ru
俄罗斯联邦, Chernogolovka

参考

  1. І.А. Makaryan, I.V. Sedov, A.V. Nikitin, V.S. Arutyunov, Nauchnyy zhurnal RGO 24(1), 50 (2020) (in Russian).
  2. Ѕ.М. Aldoshin, V.Ѕ. Arutyunov, V.І. Savchenko, І.V. Sedov, A.V. Nikitin, І. G. Fokin, Russ. Ј. Phys. Chem. В 15(3), 498–505 (2021). https://doi.org/10.31857
  3. А.N. Zagoruiko Current Topics in Catalysis. 10, 113 (2012).
  4. V. Arutyunov, Reviews in Chemical Engineering 37(1), 99 (2021). https://doi.org/10.1515/revce-2018-0057
  5. М.А. Mujeebu, Applied Energy. 173, 210 (2016). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.04.018
  6. Ѕ.І. Fut›ko, Ѕ.А. Zhdanok, Chemistry of filtration combustion of gases. Belaruskaya Navuka, Minsk (2004) (in Russian).
  7. R.Ј. Kee, F.М. Rupley, Е. Meeks, & Ј.А. Miller, CHEMKIN-III: А FORTRAN chemical kinetics package for the analysis of gas-phase chemical and plasma kinetics № SAND-96-8216 // 1996. Sandia National Lab(SNL-СА). Livermore. СА (United States).
  8. G.Р. Smith, D.М. Golden, М. Frenklach, N.W Moriarty, В. Eiteneer, М. Goldenberg, GRI3.0 mesh. Gas Research Institute, Chicago, IL. http://www.me.berke1ey.edu/gri mech.
  9. D. Goodwin, Н.К. Moffat, R.L. Speth, Cantera: an Object-Oriented Software Toolkit for Cheшical Kinetics, Thermodynamics, and Transport Processes, 2019. Version 2.5.0. www.cantera.org.
  10. А.А. Konnov, http://hornepages.vub.ac.be/akonnov.
  11. К.Ј. Hughes, Т. Turanyi, A.R. Clague, М.Ј. Pilling, Int. J. Chem. Kinet. 33, 513(2001). https://doi.org/10.1002/kin.1048
  12. F. Fotovat, М. Rahimpour, Inter. Ј. of Hydrogen Energy, 46(37), 19312(2021). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.098
  13. A.A. Karnaukh, A.N. Ivanova, Khim. Fiz. 23(9), 13 (2004) (in Russian).
  14. S.S. Kostenko, E.V. Polianczyk, A.A. Karnaukh, A.N. Ivanova, G.B. Manelis, Khiin. Fiz. 25(5), 53 (2006) (in Russian).
  15. S.O. Dorofeenko, A.A. Zhirnov, E.V. Po1ianczyk, E.A. Salgansky, Patent № RU 2574464 (2016).
  16. S.O. Dorofeenko, E.V. Polianczyk, Chem. Eng. J. 292, 183 (2016). https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.02.013
  17. E.V. Polianczyk, S.O. Dorofeenko, Inter. J. of Hydrogen Energy, 44(8), 4079 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.12.117
  18. E.A. Salgansky, M.V. Tsvetkov, A.Yu. Zaichenko, D.N. Podlesniy, I.V. Sedov, Russ. J. Phys. Chem. B 15(6), 969–976 (2021).
  19. S.S. Kostenko, A.N. Ivanova, A.A. Kamaukh, E.V. Polianczyk, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 122, 473 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.05.014
  20. S.O. Dorofeenko, E.V. Polianczyk, Russ. J. Phys. Chem. B 16(2), 242–252 (2022).
  21. M. Fierro, P. Requena, E. Salgansky, M. Toledo, Chem. Engineering J., 425, 1385 (2021). https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130178
  22. C.J. Sung, B. Li, and C.K. Law, Proc. 27-th Symposium (Intern.) on Combust. Pittsburgh: The Combust. Institute, 1523 (1998). https://www.princeton.edu/ cklaw/kinetics/s1w001/
  23. F. Westky, J.T. Herron, R.F. Hampson, W.G. Mallard, MD NIST Standard Reference Gaithersburg: Database 17. 1994.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Distribution of gas temperature (K), soot concentration (mol/m3) and spatial distribution along the reactor axis x (m) of the flows Gi (mol/m2/s) of the main reactants (СH4, O2, H2O) and products (H2, CO, С2Н2). The arrow shows the direction of the gas flow. a – Variant 1.1 in the 2nd half-cycle of flow circulation. The curves on the two upper graphs are shown at different moments in time: 1 – 158, 2 – 163, 3 – 213, 4 – 412 s; on the lower graph – the flows at the time of 373 s. b – Variant 1.2 in the 2nd half-cycle of flow circulation. The curves on the two upper graphs at different moments in time: 1 – 254, 2 – 274, 3 – 374, 4 – 506 s; flows on the lower graph at time 374 s. c – Option 1.3. Curves on the two upper graphs at different times before switching the gas flow direction: 1 – 3761, 2 – 4236, 3 – 4693, 4 – 5069, 5 – 5427, 6 – 5727 s; soot concentration at times: 1 – 5527, 2 – 5700, 3 – 5727 s. Flows on the lower graph at time 5527 s.

下载 (470KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Dependences of the change over time t (c) of the fluxes Gi (mol/m2/c) at the reactor outlet for reactants CH4, O2, H2O and products H2, CO, C2H2 for different calculation options: 1.1 and 1.2 (a), 1.3 (b), 2.1 and 2.2 (c), 3.1 and 3.2 (d) – over several cycles.

下载 (374KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Dependence of the change in the average value of Ts (K) over time (s) for different calculation options. The numbers near the curves are the calculation options in Table 1.

下载 (15KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 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».