DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v25r431

Осреднение модели химического процесса в слое катализатора со сферической формой зерна

Авторы

  • О. С. Язовцева
  • И. М. Губайдуллин
  • И. Г. Лапшин

Ключевые слова:

численные методы
математическое моделирование
явно-неявная схема
уравнение диффузии-реакции
нестационарный процесс

Аннотация

В статье представлен сравнительный анализ моделей нестационарного химического процесса на примере выжига коксовых отложений из слоя катализатора со сферической формой зерна. Первая модель получена осреднением уравнения теплопроводности для сферического зерна катализатора. Вторая - осреднением всей модели зерна, включая уравнения диффузии-реакции. Сравнительный анализ показал хорошую согласованность результатов в условиях низких концентрациях реагентов, малом зерне катализатора и высоких температурах течения процесса при существенном сокращении времени расчета для первой модели. При высоких концентрациях реагента выявлена необходимость учета внутридиффузионного торможения, обуславливающего возникновение градиента концентраций по радиусу зерна катализатора на начальных этапах процесса.

Загрузки

Опубликован

2024-10-22

Выпуск

Том 25 (2024): Выпуск 4.

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения

Авторы

О. С. Язовцева

Математический институт имени В. А. Стеклова РАН (МИАН)

• научный сотрудник

И. М. Губайдуллин

Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН

Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ)

• профессор, заведующий лабораторией

И. Г. Лапшин

Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ)

• научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. G. K. Boreskov and M. G. Slin’ko, “Design of a Contact Apparatus for Sulfurous Gas Oxidation,” J. Chem. Ind. 13 (4), 221-225 (1936).
  2. A. A. Samarskii, Introduction to the Theory of Difference Schemes (Nauka, Moscow, 1971) [in Russian].
  3. O. A. Malinovskaya, V. S. Beskov, and M. G. Slin’ko, Modeling of Catalytic Processes on Porous Granules (Nauka, Novosibirsk, 1975) [in Russian].
  4. M. G. Slin’ko and V. S. Sheplev, “Modeling of Catalytic Processes in a Fluidized Bed,” Kinet. Catal. 11 (2), 531-540 (1970).
  5. E. A. Lashina, E. E. Peskova, and V. N. Snytnikov, “Mathematical Modeling of the Homogeneous-Heterogeneous Non-Oxidative CH_4 Conversion: The Role of Gas-Phase H or CH_3,” Reac. Kinet. Mech. Catal. 136 (4), 1775-1789 (2023).
    doi 10.1007/s11144-023-02442-8.
  6. K. F. Koledina, I. M. Gubaidullin, Sh. G. Zagidullin, et al., “Kinetic Regularities of Hydrogenation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons on Nickel Catalysts,” Russ. J. Phys. Chem. A. 97 (10), 2104-2110 (2023).
    doi 10.1134/S003602442309008X.
  7. A. Zagoruiko and P. Mikenin, “Modelling of the Cyclic Chemisorption-Catalytic Process for Production of Elemental Sulfur and Hydrogen from Hydrogen Sulfide,” Chem. Eng. Process.: Process Intensif. 181, Article Number 109169 (2022).
    doi 10.1016/j.cep.2022.109169.
  8. R. M. Masagutov, B. F. Morozov, and B. I. Kutepov, Regeneration of Catalysts in Oil Processing and Petrochemistry (Khimiya, Moscow, 1987) [in Russian].
  9. S. I. Reshetnikov, R. V. Petrov, S. V. Zazhigalov, and A. N. Zagoruiko, “Mathematical Modeling of Regeneration of Coked Cr-Mg Catalyst in Fixed Bed Reactors,” Chem. Eng. J. 380, Article Number 122374 (2020).
    doi 10.1016/j.cej.2019.122374.
  10. V. A. Hrisonidi and V. R. Basmanova, “Modern Methods of Regeneration of Catalysts Used in Oil and Gas Synthesis,” The Scientific Heritage. 50 (3), 41-44 (2020).
    https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43916691 . Cited October 12, 2024.
  11. I. M. Gubaydullin, Mathematical Modelling of Dynamic Modes of Oxidative Regeneration of Catalysts in Motionless Layer (Institute of Petrochemisty and Catalysis, Ufa, 1996) [in Russian].
  12. Ya. B. Zel’dovich and D. A. Frank-Kamenetsky, “A Theory of Thermal Propagation of Flame,” Phys. Chem. 12 (1), 100-105 (1938).
  13. O. V. Kiselev and Yu. Sh. Matros, “Propagation of the Combustion Front of a Gas Mixture in a Granular Bed of Catalyst,” Fiz. Goreniya Vzryva 16 (2), 25-30 (1980) [Combust. Explos. Shock Waves. 16 (2), 152-157 (1980)].
    doi 10.1007/bf00740193.
  14. A. P. Gerasev, “Non-equilibrium Thermodynamics of Fast Traveling Waves in a Catalytic Fixed Bed. Emergence of Near-equilibrium Spatiotemporal Dissipative Structure,” J. Non-Equilib. Thermodyn. 43 (3), 221-235 (2018).
    doi 10.1515/jnet-2018-0005.
  15. A. N. Zagoruiko and A. G. Okunev, “Sorption-Enhanced Steam Reforming of Hydrocarbons with Autothermal Sorbent Regeneration in a Moving Heat Wave of a Catalytic Combustion Reaction,” React. Kinet. Catal. Lett. 91, 315-324 (2007).
    doi 10.1007/s11144-007-5168-3.
  16. V. E. Borisov and S. E. Yakush, Numerical Simulation of Methane Flame Propagation in a Gap between Parallel Plates , Preprint No. 4 (Keldysh Institute of Applied Mathematics, Moscow, 2019) [in Russian].
    doi 10.20948/prepr-2019-4.
  17. S. Yakush, O. Semenov, and M. Alexeev, “Premixed Propane–Air Flame Propagation in a Narrow Channel with Obstacles,” Energies. 16 (3), 1516-1-1516-19 (2023).
    doi 10.3390/en16031516.
  18. I. M. Gubaydullin, E. E. Peskova, O. S. Yazovtseva, and A. N. Zagoruiko, “Numerical Simulation of Oxidative Regeneration of a Spherical Catalyst Grain,” Mat. Model. 34 (11), 48-66 (2022) [Math. Models Comput. Simul. 15 (3), 485-495 (2023)].
    doi 10.1134/S2070048223030079.
  19. R. Hughes, Deactivation of Catalysts (Academic Press, New York, 1984).
  20. V. V. Kafarov, Fundamentals of Mass Transfer (Vysshaya Shkola, Moscow, 1972) [in Russian].
  21. O. S. Yazovtseva, I. M. Gubaydullin, E. E. Peskova, et al., “Computer Simulation of Coke Sediments Burning from the Whole Cylindrical Catalyst Grain,” Mathematics. 11 (3), 669-1-669-15 (2023).
    doi 10.3390/math11030669.

Лицензия

Copyright (c) 2024 О. С. Язовцева, И. М. Губайдуллин, И. Г. Лапшин

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.