Influence of methane, benzene, and CH3, CH2, and CH radicals on the formation of soot particles during pyrolysis of highly diluted mixtures of acetylene with argon

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

The paper considers the effect of additives of methane, benzene, and CH3, CH2, and CH radicals on the formation of soot particles during pyrolysis of highly diluted mixtures of acetylene with argon. Direct comparison of the results of detailed kinetic simulations on soot particle formation during pyrolysis of the mixtures of acetylene, benzene, and methane with argon has been performed using the unified kinetic model of soot formation with the results of the authors’ own experiments in a shock tube behind reflected shock waves. The obtained good agreement between the results of kinetic simulations and experimental results was the basis for conducting numerical experiments for highly diluted mixtures at elevated pressures which made it possible both to maintain the concentration of carbon atoms in the mixtures and to minimize the temperature change during pyrolysis and soot particle formation.

全文:

受限制的访问

作者简介

Pavel Vlasov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences; National Research Nuclear University MEPhI

编辑信件的主要联系方式.
Email: iz@chph.ras.ru

Doctor of Science in physics and mathematics, leading research scientist, assistant professor

俄罗斯联邦, 4 Kosygin Str., Moscow 119991; 31 Kashirskoe Sh., Moscow 115409

Vladimir Smirnov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: vns1951@yandex.ru

Doctor of Science in physics and mathematics, chief research scientist

俄罗斯联邦, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

Artur Akhunyanov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: jkratos69@yandex.ru

research scientist

俄罗斯联邦, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

Gennadii Agafonov

N. N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: agafonov@chph.ras.ru

senior research scientist

俄罗斯联邦, 4 Kosygin Str., Moscow 119991

Emmanuel Busillo

I. M. Gubkin Russian State University of Oil and Gas

Email: emmanuel.busillo@gmail.com

magister

俄罗斯联邦, 65 Leninsky Prosp., Moscow 119991

参考

  1. Agafonov, G. L., I. V. Bilera, P. A. Vlasov, I. V. Zhil’tsova, Yu. A. Kolbanovskii, V. N. Smirnov, and A. M. Tereza. 2016. Unified kinetic model of soot formation in the pyrolysis and oxidation of aliphatic and aromatic hydrocarbons in shock waves. Kinet. Catal. 57(5):557–572.
  2. Agafonov, G. L., D. I. Mikhailov, V. N. Smirnov, A. M. Tereza, P. A. Vlasov, and I. V. Zhiltsova. 2016. Shock tube and modeling study of chemical ionization in the oxidation of acetylene and methane mixtures. Combust. Sci. Technol, 188(11-12):1815–1830. doi: 10.1080/00102202.2016.1211861.
  3. Vlasov, P. A., I. V. Zhiltsova, V. N. Smirnov, A. M. Tereza, G. L. Agafonov, and D. I. Mikhailov. 2018. Chemical ionization of n-hexane, acetylene, and methane behind reflected shock waves. Combust. Sci. Technol. 190(1):57–81. doi: 10.1080/00102202.2017.1374954.
  4. Eremin, A., E. Mikheyeva, and I. Selyakov. 2018. Influence of methane addition on soot formation in pyrolysis of acetylene. Combust. Flame 193:83–91.
  5. Drakon, A., A. Eremin, E. Mikheyeva, Bo Shu, M. Fikri, and C. Schulz. 2018. Soot formation in shock-wave-induced pyrolysis of acetylene and benzene with H2, O2, and CH4 addition. Combust. Flame 198:158–168.
  6. Eremin, A., and E. Mikheyeva. 2019. The role of methyl radical in soot formation. Combust. Sci. Technol. 191(12):2226–2242. doi: 10.1080/00102202.2018.1551892.
  7. Li, Z., H. M. F. Amin, P. Liu, Yu Wang, S. H. Chung, and W. L. Roberts. 2018. Effect of dimethyl ether (DME) addition on sooting limits in counterflow diffusion flames of ethylene at elevated pressures. Combust. Flame 197:463–470.
  8. Li, Z., P. Liu, P. Zhang, Yu Wang, H. He, S. H. Chung, and W. L. Roberts. 2020. Role of dimethyl ether in incipient soot formation in premixed ethylene flames. Combust. Flame 216:271–279.
  9. Drakon, A., A. Eremin, M. Korshunova, and E. Mikheyeva. 2021. PAH formation in the pyrolysis of benzene and dimethyl ether mixtures behind shock waves. Combust. Flame 232:111548. doi: 10.1016/j.combustflame.2021.111548.
  10. Agafonov, G. L., P. A. Vlasov, and V. N. Smirnov. 2011. Soot formation in the pyrolysis of benzene, methyl-benzene, and ethylbenzene in shock waves. Kinet. Catal. 52(3):358–370.
  11. Stupochenko, E. V., S. A. Losev, and A. I. Osipov. 1965. Relaksatsionnye protsessy v udarnykh volnakh [Relaxation processes in shock waves]. Moscow: Nauka. 328 p.
  12. Haynes, B. S., and H. G. Wagner. 1981. Soot formation. Prog. Energ. Combust. 7(4):229–273.
  13. Agafonov, G. L., I. V. Bilera, P. A. Vlasov, Yu. A. Kolbanovskii, V. N. Smirnov, and A. M. Tereza. 2015. Soot formation during the pyrolysis and oxidation of acetylene and ethylene in shock waves. Kinet. Catal. 56(1):12–30.
  14. Wang, H., X. You, A. V. Joshi, S. G. Davis, A. Laskin, F. Egolfopoulos, and C. K. Law. 2007. USC Mech Version II. High temperature combustion reaction model of H2/CO/C1–C4 compounds. Available at: http://ignis.usc.edu/USC-Mech_II.htm (accessed May 2007).
  15. Skj o th-Rasmussen, M. S., P. Glarborg, M. 0stberg, J. T. Johannessen, H. Livbjerg, A. D. Jensen, and T. S. Christensen. 2004. Formation of polycyclic aromatic hydrocarbons and soot in fuel-rich oxidation of methane in a laminar flow reactor. Combust. Flame 136:91–128.
  16. Richter, H., S. Granata, W. H. Green, and J. B. Howard. 2005. Detailed modeling of PAH and soot formation in a laminar premixed benzene/oxygen/argon low-pressure flame. P. Combust. Inst. 30:1397–1405.
  17. Frenklach, M., and J. Warnatz. 1987. Detailed modeling of PAH profiles in a sooting low-pressure acetylene flame. Combust. Sci. Technol. 51:265–283.
  18. Wang, H., E. Dames, B. Sirjean, D. A. Sheen, R. Tangko, and A. Violi. 2010. A high-temperature chemical kinetic model of n-alkane (up to n-dodecane), cyclohexane, and methyl-, ethyl-, n-propyl and n-butyl-cyclohexane oxidation at high temperatures. JetSurF version 2.0. Available at: http://web.stanford.edu/group/haiwanglab/JetSurF/JetSurF2.0/index.html (accessed February 21, 2022).
  19. Correa, C., H. Niemann, B. Schramm, and J. Warnatz. 2000. Reaction mechanism reduction for higher hydrocarbons by the ILDM method. P. Combust. Inst. 28:1607–1614.
  20. Hansen, N., S. J. Klippenstein, P. R. Westmoreland, T. Kasper, K. Kohse-Hoinghaus, J. Wang, and T. A. Cool. 2008. A combined ab initio and photoionization mass spectrometric study of polyynes in fuel-rich flames. Phys. Chem. Chem. Phys. 10:366–374.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Figure 1 Temperature dependences of the soot yield during pyrolysis of amixture of acetylene with argon (0.05 C2H2 + 0.95Ar), p5 = 4.5 bar: 1 — results of the present authors’ experiments in reflected shock waves; and 2 — results of the present authors’ kinetic calculations using the unified kinetic model of soot formation

下载 (294KB)
索引源数据
3. Figure 2 Temperature dependences of the soot yield during pyrolysis of a mixture of benzene with argon (0.0105C6H6 +0.9895 Ar), p5 = 3.0 bar: 1 — results of the present authors’ experiments in reflected shock waves; and 2 — results of the present authors’ kinetic calculations using the unified kinetic model of soot formation

下载 (239KB)
索引源数据
4. Figure 3 Temperature dependences of soot yield during pyrolysis of mixtures of methane with argon (triangles — 0.05 CH4 + 0.95Ar; and squares — 0.1 CH4 +0.9Ar), p5 = 4.5–6.7 bar: 1 — results of the present authors’ experiments in reflected shock waves; and 2 — results of the present authors’ kinetic calculations using the unified kinetic model of soot formation

下载 (277KB)
索引源数据
5. Figure 4 Temperature dependences of the soot yield during pyrolysis of a mixture of acetylene with argon (1 — 0.03 C2H2 + 0.97Ar), acetylene–methane with argon (2 — 0.02 C2H2 + 0.02CH4 +0.96 Ar) and acetylene–methyl radicals with argon (3 — 0.02 C2H2 + 0.02CH3 +0.96 Ar), p5 = 3 bar

下载 (56KB)
索引源数据
6. Figure 5 Temperature dependences of the soot yield during pyrolysis of a mixture of acetylene with argon (1 — 0.003 C2H2 + 0.997 Ar), acetylene–methane with argon (2 — 0.002 C2H2 + 0.002 CH4 + 0.996 Ar), and acetylene–methyl radicals with argon (3 — 0.002C2H2 +0.002 CH3 + 0.996Ar), p5 = 30 bar

下载 (61KB)
索引源数据
7. Figure 6 Temperature dependences of the soot yield during pyrolysis of a mixture of acetylene with argon (1 — 0.0003 C2H2 +0.9997 Ar), acetylene–methane with argon (2 — 0.0002 C2H2 + 0.0002 CH4 +0.9996 Ar), and acetylene–methyl radicals with argon (3 — 0.0002 C2H2 + 0.0002 CH3 + 0.9996 Ar), p5 = 300 bar

下载 (328KB)
索引源数据
8. Figure 7 Temperature dependences of the soot yield during pyrolysis of a mixture of acetylene with argon (1 — 0.0003 C2H2 +0.9997 Ar), acetylene–CH with argon (2 — 0.0002 C2H2 + 0.0002 CH + 0.9996 Ar), and acetylene–benzene with argon (3 — 0.0002 C2H2 + 0.00003334 C6H6 + 0.99976666 Ar), p5 = 300 bar

下载 (300KB)
索引源数据

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».