Effect of CO2 Additives on the Non-Catalytic Conversion of Natural Gas into Syngas and Hydrogen

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

Abstract—

A kinetic analysis of the non-catalytic carbon dioxide reforming of CH4 has been carried out in the temperature range of 1500–1800 K under conditions of variable temperature behind the reflected shock wave. The stages of conversion of methane into synthesis gas, the characteristic time intervals corresponding to these stages, and the most important elementary reactions have been established. At the first stage, as a result of thermal pyrolysis, methane molecules are sequentially converted into ethane, ethylene, and then acetylene, the most stable hydrocarbon in this temperature range. At the second stage, acetylene is normally converted into CO and H2, being accompanied by the formation soot particles in the case of rich mixtures. The conversion of CO2 proceeds at the second and third stages, when CH4 conversion is almost complete. It occurs as a result of the interaction of CO2 molecules with H atoms arising in the reacting system and leads to the formation of CO molecules and OH radicals. Acetylene is predominantly consumed in the reaction with OH radicals. A high concentration of acetylene during methane reforming promotes the intensive formation of soot nuclei, for which acetylene makes the highest contribution to the rate of their surface growth. At the same time, acetylene itself is not a precursor of soot particle nuclei, which are mainly formed from \({{{\text{C}}}_{{\text{3}}}}{\text{H}}_{3}^{\centerdot }\) radicals.

作者简介

A. Akhunyanov

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: shocktube@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygin st., 4

A. Arutyunov

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: shocktube@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygin st., 4

P. Vlasov

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

编辑信件的主要联系方式.
Email: shocktube@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygin st., 4

V. Smirnov

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: shocktube@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygin st., 4

V. Arutyunov

Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: shocktube@yandex.ru
Russia, 119991, Moscow, Kosygin st., 4

参考

  1. Брагинский О.Б. Мировая нефтехимическая промышленность. Москва: Наука, 2003. 566 с.
  2. Брагинский О.Б. Нефтегазовый комплекс мира. Москва: Изд-во “Нефть и газ” РГУ нефти и газа им. Губкина, 2006. 640 с.
  3. Савченко В.И., Макарян И.А., Арутюнов В.С. // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2013. № 11. С. 3.
  4. Rostrup-Nielsen J.R. // Catal. Today. 2002. V. 71. P. 243.
  5. Арутюнов В.С., Голубева И.А., Елисеев О.Л., Жагфаров Ф.Г. Технология переработки углеводородных газов. Москва: Изд-во Юрайт, 2020. 723 с.
  6. Gregoire Padro C.E., Lau F. // Adv. Hydrogen Energy. 2002.
  7. Bockris J.O’.M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 2579.
  8. Kalamaras C.M., Efstathiou A.M. / Hindawi Publishing Corporation. Conference Papers in Energy, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/690627
  9. Aasberg-Petersen K., Hansen J.-H.B., Christensen T.S., Dybkjaer I., Christensen P.S., Nielsen C.S., Madsen S.E.L.W., Rostrup-Nielsen J.R. // Appl. Catal. 2001. V. 221. P. 379.
  10. Aasberg-Petersen K., Dybkjær I., Ovesen C.V., Schjødt N.C., Sehested J., Thomsen S.G. // J. Natur. Gas Sci. Eng. 2011. V. 3. P. 423. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2011.03.004
  11. Арутюнов В.С., Шмелев В.М., Лобанов И.Н., Политенкова Г.Г. // Теоретические основы химической технологии. 2010. Т. 44. №. 1. С. 21. https://doi.org/10.1134/S0040579510010033
  12. Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Sinev M.Yu., Shapovalova O.V. // Chem. Eng. J. 2011. V. 291. P. 176. https://doi.org/10.1016/j.cej.2011.03.084
  13. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В., Шмелев В.М., Никитин А.В., Фокин И.Г., Эксанов С.А., Шаповалова О.В., Тимофеев К.А. // Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89. № 11. С. 1450.
  14. Алдошин С.М., Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Фокин И.Г. // Химическая физика. 2021. Т. 40. № 5. С. 46. https://doi.org/10.31857/S0207401X21050034
  15. Арутюнов В.С., Никитин А.В., Стрекова Л.Н., Сав-ченко В.И., Седов И.В., Озерский А.В., Зимин Я.С. // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 5. С. 713. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.05.50681.265-20
  16. Van den Schoor F., Verplaetsen F. // J. Hazard. Mater. 2006. V. 128. I. 1. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.06.043
  17. Wan X., Zhang Qi, Lian Z. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. I. 30. P. 8472. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b01012
  18. Максимов Ю.М., Кирдяшкин А.И., Аркатова Л.А. // Катализ в промышленности. 2013. Т. 2. С. 45.
  19. Dorofeenko S.O., Polianczyk E.V. // Chem. Eng. J. 2016. V. 292. P. 183. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.02.013
  20. Dorofeenko S.O., Polianczyk E.V. // Int. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. P. 30039. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.09.208
  21. Arutyunov V.S., Shmelev V.M., Rakhmetov A.N., Shapovalova O.V. // Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. I. 5. P. 1754. http://pubs.acs.org/doi/ipdf/10.1021/ie4022489
  22. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В., Шмелев В.М., Никитин А.В., Фокин И.Г., Эксанов С.А., Шаповалова О.В., Тимофеев К.А. // Журнал прикладной химии. 2016. Т. 89. № 11. С. 1450.
  23. Nikitin A., Ozersky A, Savchenko V., Sedov I., Shmelev V., Arutyunov V. // Chem. Eng. J. 2019. V. 377. ISCRE 25 Special Issue: Bridging Science and Technology. 2019. Article 120883. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.162
  24. Arutyunov V., Nikitin A., Strekova L., Savchenko V., Sedov I. // Catal. Today. 2021. V. 379. P. 23. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2020.06.057
  25. Арутюнов В.С., Стрекова Л.Н., Савченко В.И., Седов И.В., Никитин А.В., Елисеев О.Л., Крючков М.В., Лапидус А.Л. // Нефтехимия. 2019. Т. 59. № 3. С. 246. https://doi.org/10.1134/S002824211903002X
  26. Шмелев В.М. // Химическая физика. 2010. Т. 29. № 7. С. 27.
  27. Shmelev V.M. // Combust. Sci. Technol. 2014. V. 186. I. 7. P. 943. https://doi.org/10.1080/00102202.2014.890601
  28. Шмелев В.М., Николаев В.М. // Химическая физика. 2016. Т. 35. № 3. С. 56.
  29. Shmelev V. // Energy Power Eng. 2017. V. 9. P. 366. http://www.scirp.org/journal/epe
  30. Wang L., Liu Z., Chen S., Zheng C., Li. J. // Energy Fuels. 2013. V. 27. I. 12. P. 7602. https://doi.org/10.1021/ef401559r
  31. Lavoe. J.-M. // Front. Chem. 2014. V. 2(81). https://doi.org/10.3389/fchem.2014.00081
  32. Shah Y.T., Gardner T.H. // Catal. Rev. 2014. V. 56. I. 4. P. 476. https://doi.org/10.1080/01614940.2014.946848
  33. Wittich K., Schunk S.A., Kramer M., Bottke N. // Chem. Cat. Chem. 2020. V. 12. P. 2130. https://doi.org/10.1002/cctc.201902142
  34. Савченко В.И., Шаповалова О.В., Никитин А.В., Ару-тюнов В.С., Седов И.В. // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91. № 9. С. 1332. https://doi.org/10.1134/S0044461818090128
  35. Савченко В.И., Никитин А.В., Озерский А.В., Седов И.В., Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 4. С. 538. https://doi.org/10.31857/S0028242120040139
  36. Савченко В.И., Зимин Я.С., Никитин А.В., Седов И.В., Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2021. Т. 61. № 4. С. 520. https://doi.org/10.1134/S0965544121070021
  37. Бузилло Э., Савченко В.И., Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2021. Т. 61. № 6. С. 820. https://doi.org/10.1134/S0965544121110037
  38. Савченко В.И., Зимин Я.С., Бузилло Э., Никитин А.В., Седов И.В., Арутюнов В.С. // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 3. С. 375. https://doi.org/10.1134/S0965544122050048
  39. Duff R.E., Bauer S.H. // J. Chem. Phys. 1962. V. 36. P. 1754.
  40. Warnatz J.,·Maas U., Dibble R.W. Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation. Springer, 2006. 378 p.
  41. Healy D., Kalitan D.M., Aul C.J., Petersen E.L., Bourque G., Curran H.J. // Energy Fuels. 2010. V. 24. I. 3. P. 1521.
  42. Chemical-Kinetic Mechanisms for Combustion Applications. https://web.eng.ucsd.edu/mae/groups/combustion/mechanism.html) Date of access 30.11.2022.
  43. Konnov A.A. // 28-th Symposium (Int.) on Combustion. Edinburgh. Abstr. Symp. Pap. 2000. P. 317.
  44. Zhang Q., Liu Y., Chen T., Yu X., Wang J., Wang T. // Chem. Eng. Sci. 2016. V. 142. P. 126.
  45. Smith G.P., Golden D.M., Frenklach M., Moriarty N.W., Eiteneer B., Goldenberg M., Bowman C.T., Hanson R.K., Song S., Gardiner W.C.Jr.; Lissianski V., Qin Z. Available at http://combustion.berkeley.edu/gri-mech/version30/text30.html.
  46. Healy D., Kalitan D.M., Aul C.J., Petersen E.L., Bourque G., Curran H.J. // Energy Fuels. 2010. V. 24. № 3. P. 1521.
  47. Rasmussen C.L., Jakobsen J.G., Glarborg P. // Int. J. Chem. Kinet. 2008. V. 40. № 12. P. 778.
  48. Fomin A., Zavleva T., Alekseev V., Rahinov I., Cheskis S., Konnov A. // Combustion and Flame. 2016. V. 171. P. 198.
  49. San Diego Mechanism. http://web.eng.ucsd.edu/mae/ groups/combustion/mechanism.html
  50. Wang H., You X., Joshi A. V., Davis S. G., Laskin A., Egolfopoulos F., Law C. K. USCMech Version II. High-Temperature Combustion Re-action Model of H2/CO/C1-C4 Compounds. http://ignis.usc.edu/ Mechanisms/USC-Mech%20II/USC_Mech%20II.htm, May 2007.
  51. Беляев А.А., Никитин А.В., Токталиев П.Д., Власов П.А., Озерский А.В., Дмитрук А.С., Арутюнов А.В., Арутюнов В.С. // Горение и взрыв. 2018. Т. 11. № 1. С. 19.
  52. Li C., Kuan B., Lee W.J., Burke N., Patel J. // Chem. Eng. Sci. 2018. V. 187. P. 189.
  53. Fotovat F., Rahimpour M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. № 37. P. 19312.
  54. Capriolo C., Alekseev V.A., Konnov A.A. // Combustion and Flame. 2018. V. 197. P. 11.
  55. Savchenko V.I., Nikitin A.N., Zimin Y.S., Ozerskii A.V., Sedov I.V., Arutyunov V.S. // Chem. Eng. Res. Des. 2021. V. 175. P. 250.
  56. Zhang Q., Wang J., Wang T. // Ind. Eng. Chem. Res. 2016. V. 55. P. 8383.
  57. Wang T., Liu Y., Wang D. // Chem. Eng. J. 2012. V. 207–208. P. 235.
  58. Liu Y., Zhang Q., Wang T. // Combust. Sci. Technol. 2017. V. 189. № 5. P. 908.
  59. Metcalfe W.K., Burke S.M., Ahmed S.S., Curran H.J. // J. Chem. Kinet. 2013. V. 45. P. 638.
  60. CHEMKIN-PRO Release 15101. Reaction Design:San Diego, 2010.
  61. Агафонов Г.Л., Билера И.В., Власов П.А., Жильцова И.В., Колбановский Ю.А., Смирнов В.Н., Тереза А.М. // Кинетика и катализ. 2016. Т. 57. № 5. С. 571.
  62. Власов П.А., Ахуньянов А.Р., Смирнов В.Н. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 2. С. 160.
  63. Frenklach M., Mebel A.M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 5314.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (293KB)
3.

下载 (191KB)
4.

下载 (261KB)
5.

下载 (213KB)
6.

下载 (274KB)
7.

下载 (234KB)
8.

下载 (283KB)
9.

下载 (121KB)
10.

下载 (50KB)
11.

下载 (85KB)
12.

下载 (79KB)
13.

下载 (87KB)
14.

下载 (94KB)
15.

下载 (61KB)
16.

下载 (89KB)
17.

下载 (78KB)
18.

下载 (86KB)
19.

下载 (81KB)


##common.cookie##