Controlled ignition of low-carbon gas-engine fuels based on natural gas and hydrogen: process kinetics

Abstract

Перспективы широкого использования в энергетике и на транспорте экологически чистого низкоуглеродного газового топлива на основе природного газа, водорода и их смесей, а также синтез-газа, делают необходимой детальную информацию о кинетике их воспламенения при температуре ниже 1000 K, при которой происходит воспламенение топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) и газовых турбинах. Эта же область температур важна и для мониторинга условий хранения и транспортировки таких топлив. При наличии большого массива работ, относящихся к изучению воспламенения таких классических объектов исследования, как метан и водород, очевиден явный недостаток исследований реальных природных газов и газовых смесей. Но даже для метана и водорода наблюдаются серьезные противоречия между результатами исследований их воспламенения при высокой температуре (Т > 1000 K), проводимых в основном методом ударных волн в сильно разбавленных смесях, и кинетическими оценками для реальных условий работы с ними или их использования в ДВС. Важен также учет особенностей воспламенения при Т < 1000 K синтез-газа, наиболее крупнотоннажного базового продукта газохимии и основного промышленного источника водорода. Серьезные расхождения между экстраполяцией результатов исследований высокотемпературного воспламенения этих газов в область более низких температур и результатами кинетического моделирования этих процессов делают необходимым анализ их причин. На основе новых экспериментальных результатов исследования процессов воспламенения метаноалкановых и метановодородных смесей, которыми являются реальные газовые топлива, и их кинетического моделирования в обзоре показаны значительные изменения в этих процессах в области Т < 1000 K. Эти изменения в процессе воспламенения при изменении температуры, давления и состава смеси связаны с существенными изменениями в этой области температур в механизмах окисления метана и водорода. В основном они определяются изменениями с температурой и давлением в кинетике и, соответственно, роли пероксидных соединений и радикалов при окислении метана и водорода. Установленные особенности ставят вопрос об адекватности существующих критериев оценки детонационной стойкости газомоторных топлив, в первую очередь, содержащих водород, при их использовании в ДВС, а также оценки их взрывоопасности и мер, принимаемых для безопасной работы с ними. В обзоре рассмотрены возможные методы улучшения детонационных характеристик природных и попутных газов до требований, предъявляемых производителями энергетического оборудования. <br> Библиография — 128 ссылок.