Т > 1000 К температурада метан тотығуы кезінде тербелмелі режимдердің пайда болу шарттары мен кинетикалық сипаты
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc24(2)151-159Кілт сөздер:
метанның тотығуы, тербелмелі режим, мінсіз араластырылған резервуар реакторы, ағындық жүйелер, тармақталған тізбекті реакцияАңдатпа
Мінсіз аралас ағынды реактор моделін және бірнеше егжей-тегжейлі кинетикалық механизмдерді қолдана отырып, T > 1000 К температурада изотермиялық жағдайда стехиометриялық метан-оттегі қоспаларында тербелмелі режимдердің басталу шарттарының сандық талдауы жүргізілді. Барлық механизмдер біркелкі нәтижелер береді және белгілі бір температура мен қысым диапазонында әрекеттесетін қоспа компоненттерінің концентрацияларында өзіндік тербелістердің пайда болуын көрсетеді. Бекітілген температурада тербеліс амплитудасы қысымның жоғарылауымен азаяды, ал олардың жиілігі артады. Бекітілген қысымда температураның жоғарылауымен ұқсас үрдіс байқалады. Төмен температурада жоғары температурада жарылысқа ұласатын толық емес химиялық реакция үшін тұрақты күйдегі ерітінді алынады. Егжей-тегжейлі кинетикалық механизмнің элементар сатылары жиынтығынан тербелмелі процестің басталуы мен сипаттамаларына ең күшті әсер ететін сегіз реакция анықталды. Осы реакциялардың әрқайсысының жылдамдығының өзгеруінің тербелмелі процеске әсері талданады. Тізбектің тармақталуының негізгі сатысы H• + O2 => O•• + OH•, тізбектің аяқталу реакциясы CH3• + HO2• => CH4 + O2 және метил радикалдарының рекомбинация реакциясы CH3• + CH3• (+M) => C2H6 (+M) ең маңызды рөл атқарады. Газ қоспасының ағын жылдамдығының тербелістердің пайда болуы мен сипаттамаларына әсері көрсетілген. Қоспаның өте жоғары және өте төмен ағын жылдамдықтарында тербелістер байқалмайды. Метанның тұрақсыз тотығу режимдерінің пайда болу ықтимал диапазондарын анықтау оны түрлендірудің өнеркәсіптік процестерінің қауіпсіздігі үшін өте маңызды.
Әдебиеттер тізімі
(1) Oscillations and Traveling Waves in Chemical Systems. Ed. by R.J. Field, M. Burger. Wiley-Interscience, New York, 1985.
(2) P. Gray, S.K. Scott. Chemical Oscillations and Instabilities: Non-Linear Chemical Kinetics. Clarendon Press, Oxford, 1990.
(3) D.A. Frank-Kamenetskii. Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. Plenum Press, New York–London, 1969.
(4) P.S. Yarlagadda, L.A. Morton, N.R. Hunter, H.D. Gesser. Temperature oscillations during the high-pressure partial oxidation of methane in a tubular flow reactor. Combustion and Flame 79(2) (1990) 216-218.
(5) M. de Joannon, P. Sabia, A. Tregrossi, A. Cavaliere. Dynamic behavior of methane oxidation in premixed flow reactor. Combust. Science and Technology 176(5-6) (2004) 769-783. Crossref
(6) V. Arutyunov. Direct methane to methanol: Foundations and prospects of the process. Amsterdam: Elsevier B.V., 2014.
(7) A. Stagni, Y. Song, L.A. Vandewalle, K.M. Van Geem, G.B. Marin, et al. The role of chemistry in the oscillating combustion of hydrocarbons: an experimental and theoretical study. Chemical Engineering Journal 385 (2020) 123401. Crossref
(8) N.V. Peskov, M.M. Slinko. On the possibility of thermokinetic oscillations in the reaction of methane oxidation on nickel. Kinetics and Catalysis. 64(3) (2023) 303-310. Crossref
(9) B.V. Val’ter, I.E. Sal’nikov. Stability of operating modes of chemical reactors. Moscow: Khimiya, 1972. (In Russ.).
(10) V.I. Bykov, S.B. Tsybenova. Nonlinear models of chemical kinetics. Moscow: KRASSAND, 2011. (In Russ.).
(11) A.V. Arutyunov, A.A. Belyaev, B.V. Lidskii, A.V. Nikitin, V.S. Posvyanskii, et al. Thermokinetic oscillations in the partial oxidation of methane. Russian Journal of Physical Chemistry B 11(3) (2017) 403-410. Crossref
(12) G. Bagheri, M.L. Lavadera, E. Ranzi, M. Pelucchi, P. Sabia, et al. Thermochemical oscillation of methane MILD combustion diluted with N2/CO2/H2O. Combustion. Science and Technology 191(1) (2019) 68-80. Crossref
(13) J.-M. Lei, B.Y. Wang, K.-R. Jin, X.-Z. Cheng, D. Wang, et al. Study on the oscillatory behavior of CH4/H2 under low-temperature oxidation in the presence of CO2/H2O-diluted gases. International Journal of Hydrogen Energy. 123 (2025) 209-218. Crossref
(14) NUIGMech 1.1. National University of Ireland Galway, 2020. Available online: URL
(15) E. Ranzi, A. Frassoldati, R. Grana, A. Cuoci, T. Faravelli, et al. Hierarchical and comparative kinetic modelling of laminar flame speeds of hydrocarbon and oxygenated fuels. Progress in Energy and Combustion Science. 38(4) (2012) 468-501. Crossref
(16) E. Ranzi, C. Cavallotti, A. Cuoci, A. Frassoldati, M. Pelucchi, et al. New reaction classes in the kinetic modeling of low temperature oxidation of n-alkanes. Combustion and Flame. 162(5) (2015) 1679-1691. Crossref
(17) J. Warnatz, U. Maas, R.W. Dibble. Combustion. Physical and chemical fundamentals, modeling and simulation, experiments, pollutant formation. Springer, 2006.
(18) CHEMKIN-Pro, Reaction Design, San Diego, 15112. CK-TUT-10112-1112-UG-1, 2011.
(19) B. Dally, N. Peters. Heat loss-induced oscillation of methane and ethylene in a perfectly stirred reactor. 6th Asia-Pacific Conference on Combustion. 2007. pp. 1-4. Nagoya, 2007.
(20) A.A. Belyaev, A.V. Arutyunov, V.S. Arutyunov. The stability analysis of a chemical process in a flow reactor. Theoretical Foundations on Chemical Engineering 57(5) (2023) 861-868. Crossref
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2026 А.А. Беляев, А.В. Арутюнов, В.С. Арутюнов
Бұл жұмыс Creative Commons атрибуты бойынша лицензияланған. 4.0 Халықаралық лицензия.
Дәйексөзді қалай келтіруге болады
