Comparison of the effect of Н2О and СО2 additives on the conversion of methane into synthesis gas

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

For the first time, detailed kinetic modeling of the behavior of undiluted mixtures of methane with oxygen with СО2  and Н2О additives was carried out taking into account the formation of microheterogeneous soot particles in the temperature range 1500–1800 K at a pressure of P50=1 bar. The appearance of soot particles was observed for rich mixtures, starting with the equivalence ratio ϕ=3,33. At the lower limit of the studied temperature range T50=1500 K, a small amount of soot particles (less than 1 %(mass) of C atoms) is formed, and they do not have a significant effect on the other parameters of the reacting system. A noticeable effect of soot particles at T50=1500 K is observed for ϕ=8.0. This is most clearly manifested in the fact that the temperature profile of the process changes markedly. When water is added, two maxima are observed on it at times of the order of 0.01 and 0.1 s. In the case of CO2  additives, the second maximum is almost not pronounced. A complex temperature profile leads to the appearance of a second maximum concentration of hydroxyl OH radicals at ~0,1 s.

作者简介

Artur Akhunyanov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: jkratos69@yandex.ru

research scientist

俄罗斯联邦, Moscow

Pavel Vlasov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences; National Research Nuclear University MEPhI

Email: iz@chph.ras.ru

Doctor of Science in physics and mathematics, leading research scientist, assistant professor

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

Vladimir Smirnov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: vns1951@yandex.ru

Doctor of Science in physics and mathematics, chief research scientist

俄罗斯联邦, Moscow

Аrtem Arutyunov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: aarutyunovv@gmail.com

Candidate of Science in physics and mathematics, research scientist

俄罗斯联邦, Moscow

Dmitrii Mikhailov

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

Email: mihalych2006@mail.ru

Candidate of Science in physics and mathematics, research scientist

俄罗斯联邦, Moscow

Vladimir Arutyunov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: arutyunov@chph.ras.ru

Doctor of Science in chemistry, professor, head of laboratory

俄罗斯联邦, Москва

参考

  1. Arutyunov, V. S., I. A. Golubeva, O. L. Eliseev, and F. G. Zhagfarov . 2020. Tekhnologiya pererabotki uglevodorodnykh gazov [Technology of processing of hydrocarbon gases]. Moscow: Yurayt. 723 p.
  2. Arutyunov, V. S. 2022. Hydrogen energy: Significance, sources, problems, and prospects (a review). Petrol. Chem. 62(6):583–593. doi: 10.1134/S0965544122040065.
  3. Nikitin, A., A. Ozersky, V. Savchenko, I. Sedov, V. Shmelev, and V. Arutyunov. 2019. Matrix conversion of natural gas to syngas: The main parameters of the process and possible applications. Chem. Eng. J. 377:120883. doi: 10.1016/j.cej.2019.01.162.
  4. Aldoshin, S. M., V. S. Arutyunov, V. I. Savchenko, I. V. Sedov, A. V. Nikitin, and I. G. Fokin . 2021. Physical methods for studying chemical reactions: New non-catalytic methods for processing hydrocarbon gases. Russ. J. Phys. Chem. B 15(3):498–505. doi: 10.1134/ S1990793121030039.
  5. Savchenko, V. I., Ya. S. Zimin, A. V. Nikitin, I. V. Sedov, and V. S. Arutyunov . 2021. Utilization of CO in non-catalytic dry reforming of C –C hydrocarbons. J. CO Util. 47:101490. doi: 10.1016/j.jcou.2021.101490.
  6. Savchenko, V. I., A. V. Nikitin, Ya. S. Zimin, A. V. Ozerskii, I. V. Sedov, and V. S. Arutyunov . 2021. Impact of post-flame processes on the hydrogen yield in matrix partial oxidation reformer. Chem. Eng. Res. Des. 175:250–258. doi: 10.1016/j.cherd.2021.09.009.
  7. Savchenko, V. I., Ya. S. Zimin, E. Busillo, A. V. Nikitin, I. V. Sedov, and V. S. Arutyunov . 2022. Equilibrium composition of products formed by non-catalytic conversion of hydrocarbons. Petrol. Chem. 62(5):515–525. doi: 10.1134/S0965544122050048.
  8. Agafonov, G. L., P. A. Vlasov, V. N. Smirnov, A. M. Tereza, I. V. Bilera, and Y. A. Kolbanovskii . 2015. Soot formation during the pyrolysis and oxidation of acetylene and ethylene in shock waves. Kinet. Catal. 56(1):12–30. doi: 10.1134/S0023158415010012.
  9. Akhunyanov, A. R., A. V. Arutyunov, P. A. Vlasov, V. N. Smirnov, and V. S. Arutyunov . 2023. Effect of СО additives on the noncatalytic conversion of natural gas into syngas and hydrogen. Kinet. Catal. 64(2):135–153. doi: 10.1134/S0023158415010012. EDN: UFJTEH.
  10. Wang, H., X. You, A. V. Joshi, S. G. Davis, A. Laskin, F. Egolfopoulos, and C. K. Law . USC Mech Version II. High temperature combustion reaction model of H /CO/C –C compounds. Available at: https://ignis.usc.edu:80/Mechanisms/USC-Mech%20II/USC_Mech% 20II.htm (accessed August 11, 2023).
  11. Agafonov, G. L., P. A. Vlasov, I. V. Zhil’tsova, V. N. Smirnov, A. M. Tereza, I. V. Bilera, and Y. A. Kolbanovskii . 2016. Unified kinetic model of soot formation in the pyrolysis and oxidation of aliphatic and aromatic hydrocarbons in shock waves. Kinet. Catal. 57(5):557–572.
  12. Skjoth-Rasmussen, M. S., P. Glarborg, M. Ostberg, J. T. Johannessen, H. Livbjerg, A. D. Jensen, and T. S. Christensen . 2004. Formation of polycyclic aromatic hydrocarbons and soot in fuel-rich oxidation of methane in a laminar flow reactor. Combust. Flame 136:91–128.
  13. Richter, H., S. Granata, W. H. Green, and J. B. Howard . 2005. Detailed modeling of PAH and soot formation in a laminar premixed benzene/oxygen/argon low-pressure flame. P. Combust. Inst. 30:1397–1405.
  14. Frenklach, M., and J. Warnatz. 1987. Detailed modeling of PAH profiles in a sooting low-pressure acetylene flame. Combust. Sci. Technol. 51:265–283.
  15. Wang, H., E. Dames, B. Sirjean, D. A. Sheen, R. Tangko, and A. Violi. 2010. 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. Available at: http://web.stanford.edu/group/haiwanglab/JetSurF/JetSurF2.0/index.html (accessed August 11, 2023).
  16. Frenklach, M., and A. Mebel. 2020. On the mechanism of soot nucleation. Phys. Chem. Chem. Phys. 22:5314–5331. doi: 10.1039/D0CP00116C.
  17. Correa, C., H. Niemann, B. Schramm, and J. Warnatz. 2000. Reaction mechanism reduction for higher hydrocarbons by the ILDM method. P. Combust. Inst. 28:1607–1614.
  18. Hansen, N., S. J. Klippenstein, P. R. Westmoreland, T. Kasper, K. Kohse-Hoinghaus, J. Wang, and T. A. Cool . 2008. A combined ab initio and photoionization mass spectrometric study of polyynes in fuel-rich flames. Phys. Chem. Chem. Phys. 10:366–374.
  19. Agafonov, G. L., D. I. Mikhailov, V. N. Smirnov, A. M. Tereza, P. A. Vlasov, and I. V. Zhiltsova . 2016. Shock tube and modeling study of chemical ionization in the oxidation of acetylene and methane mixtures. Combust. Sci. Technol. 188(11-12):1815–1830. doi: 10.1080/ 00102202.2016.1211861.
  20. Vlasov, P. A., I. V. Zhiltsova, V. N. Smirnov, A. M. Tereza, G. L. Agafonov, and D. I. Mikhailov. 2018. Chemical ionization of -hexane, acetylene, and methane behind reflected shock waves. Combust. Sci. Technol. 190(1):57–81. doi: 10.1080/00102202.2017.1374954.
  21. Vlasov, P. A., A. R. Akhunyanov, and V. N. Smirnov. 2022. Experimental studies and simulation of methane pyrolysis and oxidation in reflected shock waves accompanied by soot formation. Kinet. Catal. 63(2):141–156. doi: 10.1134/S0023158422020124.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

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».