Влияние добавок метана, бензола и радикалов СН3, СН2 и СН на процесс образования частиц сажи при пиролизе сильно разбавленных смесей ацетилена с аргоном

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассмотрено влияние добавок метана, бензола и радикалов СН3, СН2 и СН на процесс образования частиц сажи при пиролизе сильно разбавленных смесей ацетилена с аргоном. Проведено прямое сравнение результатов детальных кинетических расчетов образования частиц сажи при пиролизе смесей ацетилена, бензола и метана с аргоном по единой кинетической модели сажеобразования с результатами собственных экспериментов авторов на ударной трубе в отраженных ударных волнах. Полученное хорошее согласие результатов кинетических расчетов с результатами экспериментов явилось основанием для проведения численных экспериментов для очень сильно разбавленных смесей и повышенных давлений, что позволило сохранить концентрацию атомов углерода в исследуемой смеси и свести к минимуму изменение температуры в процессе пиролиза исследуемой смеси и образования конденсированной дисперсной фазы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Павел Александрович Власов

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: iz@chph.ras.ru

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, доцент

Россия, 119991, Москва; 115409, 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, 119991, Москва

Артур Ринатович Ахуньянов

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

Email: jkratos69@yandex.ru

научный сотрудник

Россия, 119991, Москва

Геннадий Леонидович Агафонов

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

Email: agafonov@chph.ras.ru

старший научный сотрудник

Россия, 119991, Москва

Эммануэль Бузилло

РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина

Email: emmanuel.busillo@gmail.com

магистр

Россия, 119991, Москва

Список литературы

  1. 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.
  2. 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.
  3. Vlasov P. A., Zhiltsova I. V., Smirnov V. N., Tereza A. M., Agafonov G. L., Mikhailov D. I. Chemical ionization of n-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.
  4. 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.
  5. Drakon A., Eremin A., Mikheyeva E., Shu Bo, Fikri M., Schulz C. Soot formation in shock-wave-induced pyrolysis of acetylene and benzene with H2, O2, and CH4 addition // Combust. Flame, 2018. Vol. 198. P. 158–168.
  6. Eremin A., Mikheyeva E. The role of methyl radical in soot formation // Combust. Sci. Technol., 2019. Vol. 191. No. 12. P. 2226–2242. doi: 10.1080/00102202.2018.1551892.
  7. Li Z., Amin H. M. F., Liu P., Wang Yu, Chung S. H., Roberts W. L. Effect of dimethyl ether (DME) addition on sooting limits in counterflow diffusion flames of ethylene at elevated pressures // Combust. Flame, 2018. Vol. 197. P. 463–470.
  8. Li Z., Liu P., Zhang P., Wang Yu, He H., Chung S. H. , Roberts W. L. Role of dimethyl ether in incipient soot formation in premixed ethylene flames // Combust. Flame, 2020. Vol. 216. P. 271–279.
  9. Drakon A., Eremin A., Korshunova M., Mikheyeva E. PAH formation in the pyrolysis of benzene and dimethyl ether mixtures behind shock waves // Combust. Flame, 2021. Vol. 232. P. 111548. doi: 10.1016/j.combustflame.2021.111548.
  10. Агафонов Г. Л., Власов П. А., Смирнов В. Н. Образование сажи при пиролизе бензола, метилбензола и этилбензола в ударных волнах // Кинетика и катализ, 2011. Т. 52. № 3. С. 368–381.
  11. Ступоченко Е. В., Лосев С. А., Осипов А. И. Релаксационные процессы в ударных волнах. — Москва: Наука, 1965. 328 с.
  12. Haynes B. S., Wagner H. G. Soot formation // Prog. Energ. Combust., 1981. Vol. 7. No. 4. P. 229–273.
  13. 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.
  14. 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-Mech_II.htm.
  15. Skj¢ th-Rasmussen M. S., Glarborg P., 0 stberg 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.html.
  19. Correa C., Niemann H., Schramm B., Warnatz J. Reaction mechanism reduction for higher hydrocarbons by the ILDM method // P. Combust. Inst., 2000. Vol. 28. P. 1607–1614.
  20. Hansen N., Klippenstein S. J., Westmoreland P. R., Kasper T., Kohse-H oinghaus 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1 Температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смеси ацетилена с аргоном (0.05 C2H2 + 0.95Ar), p5 = 4,5 бар: 1 — результаты наших экспериментов в отраженных ударных волнах; 2 — результаты кинетических расчетов по единой кинетической модели сажеобразования

Скачать (294KB)
Метаданные
3. Рис. 2 Температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смеси бензола с аргоном (0.0105C6H6 +0.9895 Ar), p5 = 3,0 бар: 1 — результаты наших экспериментов в отраженных ударных волнах; 2 — результаты кинетических расчетов по единой кинетической модели сажеобразования

Скачать (239KB)
Метаданные
4. Рис. 3 Температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смесей метана с аргоном (треугольники — 0.05 CH4 + 0.95Ar; квадраты — 0.1 CH4 +0.9Ar), p5 = 4,5–6,7 бар: 1 — результаты наших экспериментов в отраженных ударных волнах; 2 — результаты кинетических расчетов по единой кинетической модели сажеобразования

Скачать (277KB)
Метаданные
5. Рис. 4 Расчетные температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смеси ацетилена с аргоном (1 — 0.03 C2H2 + 0.97Ar) и ацетилена с добавкой метана (2 — 0.02 C2H2 + 0.02CH4 +0.96 Ar) и метильных радикалов (3 — 0.02 C2H2 + 0.02CH3 +0.96 Ar), p5 = 3 бар

Скачать (56KB)
Метаданные
6. Рис. 5 Расчетные температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смеси ацетилена с аргоном (1 — 0.003 C2H2 + 0.997 Ar) и ацетилена с добавкой метана (2 — 0.002 C2H2 + 0.002 CH4 + 0.996 Ar) и метильных радикалов (3 — 0.002C2H2 +0.002 CH3 + 0.996Ar), p5 = 30 бар

Скачать (61KB)
Метаданные
7. Рис. 6 Расчетные температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смеси ацетилена с аргоном (1 — 0.0003 C2H2 +0.9997 Ar) и ацетилена с добавкой метана (2 — 0.0002 C2H2 + 0.0002 CH4 +0.9996 Ar) и метильных радикалов (3 — 0.0002 C2H2 + 0.0002 CH3 + 0.9996 Ar), p5 = 300 бар

Скачать (328KB)
Метаданные
8. Рис. 7 Расчетные температурные зависимости выхода сажи при пиролизе смеси ацетилена с аргоном (1 — 0.0003 C2H2 +0.9997 Ar) и ацетилена с добавкой CH (2 — 0.0002 C2H2 + 0.0002 CH + 0.9996 Ar) и бензола (3 — 0.0002 C2H2 + 0.00003334 C6H6 + 0.99976666 Ar), p5 = 300 бар

Скачать (300KB)
Метаданные

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).