Численное описание процесса окисления природного газа в кинетическом режиме

Аватар пользователя kua@plm-ural.ru
0 247

Введение

В настоящей работе речь пойдет о частичном окислении метана (POX процесс). Это один из способов получения синтез газа из природного газа, и является одной из первых степеней технологических процессов получения метанола, тяжелых углеводородов и прочих сложных химических соединений. В данной работе мы заострим внимание на химической реакции, лимитированной кинетикой. Экспериментальные данные по этой задаче освещены в [1].

Постановка задачи

Предварительно перемешанная смесь метана и воздуха подается в реактор. За счет низкого расхода смеси удается нивелировать экзотермический эффект от реакций и сделать процесс изотермическим. Труба реактора омывается факелом от внешней горелки, за счет чего поддерживается постоянная температура стенок реактора.

Рисунок 1 – Постановка задачи

На выходе из реактора фиксируются температура и состав продуктов неполного сгорания топливной смеси. В топливной смеси варьировалось содержание окислителя, составы смесей были следующие.

Таблица 1 – составы топливных смесей

 

 

Методика расчета

Задача решалась в осесимметричной постановке. Решались уравнения сохранения массы, импульса, энергии, излучения (модель DO). Использовалась RANS модель турбулентности. Для описания процесса горения применялся химический механизм Grimech 3.0. Использовалась модель конечной скорости реакции Finite Rate с применением динамического редуцирования механизма и интерполяции при помощи таблиц ISAT.

 

Рисунок 2 – Расчетная сетка

Расчетная сетка состояла из 69200 прямоугольных элементов.

 

Результаты

Реакционный поток ввиду своего малого расхода принимал температуру стенки заданную пользователем.

 

Рисунок 3 – Поле температур в реакторе

 

 

В зоне интенсивного оразования сажи и PAH видны следы заниженного теплового потока, свидетельствующие о наличии в этой зоне преобладания эндотермических реакций.

 

Рисунок 4 – Поле тепловыделений в объеме реактора

Составы синтез газа на выходе из реактора коррелируют с литературными данными [1].

Рисунок 5 - Сравнение модельных механизмов с экспериментом [1]

По данным [1] механизм Gri3.0 наилучшим образом подходит для моделирвания задачи и показывает стабильность при варьировании содержания окислителя в топливной смеси.
 

Заключение

Настоящая работа показывает адекватность выбранной расчетной модели (Finite Rate + Gri3.0) при решении задач реформинга природного газа в кинетическом факеле.

Список литературы

1. Dubey, A. K. Analysis of kinetic models for rich to ultra-rich premixed CH 4 /air weak flames using a micro flow reactor with a controlled temperature profile. Combustion and Flame 206 (2019) 68–82

 

 

 

 

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии