Анализ процессов в послепламенной зоне при некаталитическом парциальном окислении богатых метан-кислородных смесей

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Конверсия богатых метан-кислородных смесей в матричном риформере протекает через несколько последовательных стадий. За быстрой стадией окислительных процессов, завершающейся практически полной конверсией кислорода (зона пламени), следует послепламенная стадия высокотемпературных эндотермических процессов, протекающих в отсутствие кислорода. В этой зоне происходит существенное увеличение концентрации Н2 и СО, а также изменение соотношения Н2 /СО. Анализ и оптимизация процессов, протекающих в послепламенной зоне, могут позволить существенно повысить выход синтез-газа и соотношение Н2 /СО. В работе на базе кинетического моделирования процессов в послепламенной зоне некаталитического парциального окисления богатых метан-кислородных смесей рассматривается их оптимизация и повышение технологических характеристик процесса. Показано, что активным конвертирующим агентом в послепламенной зоне является Н2О; увеличение температуры, с которой газовая смесь входит в послепламенную зону, приводит к увеличению выхода Н2 и соотношения Н2 /СО, а также повышает выход Н2 на моль поданного с исходной смесью СН4 .

About the authors

Валерий Иванович Савченко

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: alex.ozersky.1992@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9823-6844

д.х.н., проф.

Russian Federation, 142432, Московская обл., Черноголовка, пр. Академика Семенова, д. 1

Алексей Валериевич Озерский

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова РАН

Author for correspondence.
Email: alex.ozersky.1992@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6765-1401

к.х.н.

Russian Federation, 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 4

Алексей Витальевич Никитин

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова РАН

Email: alex.ozersky.1992@gmail.com

к.х.н.

Russian Federation, 142432, Московская обл., Черноголовка, пр. Академика Семенова, д. 1; 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 4

Игорь Владимирович Седов

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: alex.ozersky.1992@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9648-4895

к.х.н.

Russian Federation, 142432, Московская обл., Черноголовка, пр. Академика Семенова, д. 1

Владимир Сергеевич Арутюнов

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова РАН

Email: alex.ozersky.1992@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0339-0297

д.х.н., проф.

Russian Federation, 142432, Московская обл., Черноголовка, пр. Академика Семенова, д. 1; 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 4

References

  1. Советин Ф. С., Гартман Т. Н., Панкрушина А. В., Асеев К. М., Павлов А. С. Обзор технологий синтетического жидкого топлива из природного газа // Успехи в химии и хим. технологии. 2021. Т. 35. № 8. С. 139–132. https://www.elibrary.ru/mwbzxc
  2. Якубсон К. И . Перспективы производства и использования водорода как одно из направлений развития низкоуглеродной экономики в Российской Федерации (обзор) // ЖПХ. 2020. Т. 93. № 12. С.1675–1695. h ttps://doi.org/10.31857/S0044461820120014 Yakubson K. I. Prospects for production and use of hydrogen as one of directions of the development of low-carbon economy in the Russian Federation // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 12. P. 1775–1795. h ttps://doi.org/10.1134/S1070427220120010 ].
  3. Haotian Z., Zhuxing S., Yun H.-H. Steam reforming of methane: Current states of catalyst design and process upgrading // Renew. Sustain. Energy Rev. 2021. V. 149. ID 111330. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111330
  4. Савченко В. И., Зимин Я. С., Никитин А. В., Седов И. В., Арутюнов В. С. Некаталитические процессы получения синтез-газа и возможности снижения эмиссии CO 2 в окружающую среду // ЖПХ. 2022. Т. 95. № 8. С.1045–1053. h ttps://doi.org/10.31857/S0044461822080126 Savchenko V. I., Zimin Ya. S., Nikitin A. V., Sedov I. V., Arutyunov V. S. Non catalytic syngas production processes and possibilities of reducing the CO 2 emission into the environment // Russ. J. Appl. Chem. 2022. V. 95. N 8 . P. 1199–1206. h ttps://doi.org/10.1134/S107042722208016X ].
  5. Шмелев В. М., Николаев В. М. Парциальное окисление метана в химическом реакторе сжатия с внутренней рекуперацией тепла // Хим. физика. 2008. Т. 27. № 6. С. 20–26. https://www.elibrary.ru/inmjmz
  6. Буравцев Н. Н., Колбановский Ю. А., Россихин И. В., Билера И. В. Влияние теплонапряженности камеры сгорания на получение синтез-газа при парциальном окислении метано-кислородных смесей в режиме горения // ЖПХ. 2018. Т. 91. № 10. С. 1404–1413. https://doi.org/10.1134/S0044461818100043 [ Buravtsev N. N., Kolbanovskii Y. A., Rossikhin I. V., Bilera I. V. Effect of the calorific intensity of combustion chamber on production of synthesis gas in partial oxidation of methane–oxygen mixtures in the combustion mode // Russ. J. Appl. Chem. 2018. V. 91. N 10. P. 1588–1596. h ttps://doi.org/10.1134/S107042721810004X ].
  7. Nourbakhsh H., Shahrouzi J. R., Ebrahimi H., Zamaniyan A., Nasr M. R. J. Experimental and numerical study of syngas production during premixed and ultra-rich partial oxidation of methane in a porous reactor // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 31757–31771. h ttps://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.10.084
  8. Toledo M., Utria K. S., Gonzalez F. A., Zuniga J. P., Saveliev A. V. Hybrid filtration combustion of natural gas and coal // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V. 37. P. 6942−6948. h ttps://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.01.061
  9. Liu Y., Zhang Q., Wang T . Detailed chemistry modeling of partial combustion of natural gas for coproducing acetylene and syngas // Combust. Sci. Technol. 2017. V. 189. N 5. P. 908–922. h ttps://doi.org/10.1080/00102202.2016.1256879
  10. Li Q., Wang T., Liu Y., Wang D. Experimental study and kinetics modeling of partial oxidation reactions in heavily sooting laminar premixed methane flames // Chem. Eng. J. 2012. V. 207–208. P. 235–244. h ttps://doi.org/10.1016/j.cej.2012.06.093
  11. Марголин А. Д. Критические условия горения газовой смеси на поверхности плоской и объемной сотовых пористых матриц // Хим. физика. 2008. Т. 27. № 1. С. 94–96. https://www.elibrary.ru/ibytql
  12. Шмелев В. М. Предельные условия горения богатой газовой смеси на поверхности проницаемой матрицы // Хим. физика. 2013. Т. 32. № 2. С. 38–50. https://doi.org/10.7868/S0207401X13020106
  13. Nikitin A., Ozersky A., Savchenko V., Sedov I., Shmelev V., Arutyunov V . Matrix conversion of natural gas to syngas: The main parameters of the process and possible applications // Chem. Eng. J. 2019. V. 377. ID 120883. h ttps://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.162
  14. Savchenko V. I., Ozerskii A. V., Nikitin A. V., Sedov I. V., Arutyunov V. S . Non-catalytic partial oxidation of С 2+ hydrocarbon/H 2 mixtures // Petrol. Chem. 2023. V. 63. P. 1353–1364. h ttps://doi.org/10.1134/S0965544123110014
  15. Savchenko V. I. , Nikitin A. V. , Zimin Y. S. , Ozerskii A.V., Sedov I. V. , Arutyunov V. S. Impact of post-flame processes on the hydrogen yield in partial oxidation of methane in the matrix reformer // Chem. Eng. Res. Des. 2021. V. 175. N 8. P. 250–258. h ttps://doi.org/10.1016/j.cherd.2021.09.009
  16. Healy D., Donato N. S., Aul C. J., Petersen E. L., Zinner C. M., Bourque G., Curran H. J. Isobutane ignition delay time measurements at high pressure and detailed chemical kinetic modeling // Combust. Flame. 2010. V. 157. N 8. P. 1540–1551 . h ttps://doi.org/10.1016/j.combustflame.2010.01.011
  17. Healy D., Kopp M. M., Polley N. L., Petersen E. L., Bourque G., Curran H. J. Methane/n-butane ignition delay measurements at high pressure and detailed chemical kinetic simulations // Energy Fuels. 2010. V. 24. N 3. P. 1617–1627. h ttps://doi.org/10.1021/ef901292j
  18. Healy D., Kalitan D. M., Aul C. J., Petersen E. L., Bourque G., Curran H. J. Oxidation of C 1 –C 5 alkane quinternary natural gas mixtures at high pressures // Energy Fuels. 2010. V. 24. N 3. P. 1521–1528 . h ttps://doi.org/10.1021/ef9011005
  19. Савченко В. И., Зимин Я. С., Никитин А. В., Седов И. В., Арутюнов В. С. Некаталитическая паровая конверсия углеводородов С 1 –С 4 // Нефтехимия. 2021. Т 60. № 4. С. 520531. https://doi.org/ 10.31857/S0028242121040079 Savchenko V. I., Zimin Y. S., Nikitin A. V., Sedov I. V., Arutyunov V. S. Non-catalytic steam reforming of C 1 –C 4 hydrocarbons // Petrol. Chem. 2021. V. 61. P. 762–772. h ttps://doi.org/10.1134/S0965544121070021 ].
  20. Savchenko V. I., Zimin Ya. S., Nikitin A. V., Sedov I. V., Arutyunov V. S. Utilization of CO 2 in non-catalytic dry reforming of C 1 –C 4 hydrocarbons // J. CO 2 Utilization. 2021. V. 47. ID 101490. h ttps://doi.org/10.1016/j.jcou.2021.101490
  21. Савченко В. И., Зимин Я. С., Бузилло Э., Никитин А. В., Седов И. В., Арутюнов В. С. О равновесном составе продуктов в некаталитических процессах конверсии углеводородов // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 3. С. 375–386. h ttps://doi.org/10.31857/S0028242122030066 Savchenko V. I. , Zimin Y. S. , Busillo E. , Nikitin A. V. , Sedov I. V. , Arutyunov V. S. Equilibrium composition of products formed by non-catalytic conversion of hydrocarbons // Petrol. Chem. 2022. V. 62. P. 515–525. https://doi.org/10.1134/S0965544122050048 ].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences