Условия и кинетическая природа возникновения колебательных режимов при окислении метана при Т > 1000 К

Аннотация

В рамках модели проточного реактора идеального смешения с использованием нескольких детальных кинетических механизмов проведен численный анализ условий возникновения осциллирующих режимов в стехиометрических смесях метана с кислородом в изотермических условиях при температурах Т > 1000 К. Все механизмы дают согласующиеся результаты и показывают возникновение в определенном диапазоне температур и давлений автоколебаний концентрации компонентов реагирующей смеси. При фиксированной температуре амплитуда колебаний уменьшается с ростом давления, а их частота растет. Аналогичная тенденция наблюдается с ростом температуры при фиксированном давлении. При пониженных температурах удается получить стационарное решение при незавершенной химической реакции, которое при более высоких температурах переходит во взрыв. Из совокупности элементарных стадий детального кинетического механизма процесса выделены 8 реакций, которые оказывают наиболее сильное влияние на возникновение и характеристики колебательного процесса. Проанализировано влияние изменения скорости каждой из этих реакций на режим колебательного процесса. Наиболее важную роль играют основная стадия разветвления цепей H^• + O₂ => O^•• + OH^•, реакция обрыва цепей CH₃^• + HO₂^• => CH₄ + O₂ и реакция рекомбинации метильных радикалов CH₃^• + CH₃^• (+M) => C₂H₆ (+M). Показано влияние скорости расхода газовой смеси на возникновение и характеристики осцилляций. При очень высоких и очень низких расходах смеси колебания не наблюдаются. Установление возможных диапазонов возникновения неустойчивых режимов окисления метана имеет большое значение для безопасности промышленных процессов его конверсии.