项目名称: 天然气转化过程中非线性模型研究及应用

项目编号: No.11301216

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 魏春金

作者单位: 集美大学

项目金额: 22万元

中文摘要: 甲烷部分氧化制合成气(POM)是提高天然气利用率、同时减少引起温室效应的二氧化碳和甲烷的排放量的有效途径。POM反应中常出现化学振荡,目前的研究主要是通过实验方法对振荡现象进行描述和分析,对振荡产生机制的研究尚处于探索性阶段。通过揭示POM反应中振荡现象的本质不仅有利于反应机理的研究,对工业化生产中工艺流程和反应器的设计也具有重要意义。本项目拟通过数学方法建立非线性动力学模型,对贵金属催化剂上甲烷部分氧化制合成气的振荡现象进行分析和数值模拟,讨论产生振荡的条件和导致振荡的本质原因,为反应机理研究提供理论支持,为稳定生产,优化工艺提供新的思路;研究产生振荡解的各种可能,例如Hopf分支,同宿分支,异宿分支产生极限环振荡,掌握其振荡的规律,以达到控制反应平稳的实现。在此基础上,通过动力学研究,确定适宜的工艺参数,为甲烷部分氧化制合成气反应工艺提供基础数据和理论依据。

中文关键词: 甲烷部分氧化;化学振荡;非线性模型;Rh/Al2O3催化剂;数学模拟

英文摘要: Partial oxidation of methane to syngas (POM) is an effective way to improve the utilization of natural gas and to reduce carbon dioxide and methane emissions. It is reported that chemical oscillation often occur in POM reaction and the current study just describe and analyze the oscillation phenomenon by experimental methods. So the oscillation mechanism is still in the exploratory stage. Studying the nature of chemical oscillations in the POM reaction is not only conducive to the study of the reaction mechanism, but also important in the industrial production and reactor design. In order to support the POM reaction mechanism and to provide new ideas of stabilize production and process optimization, we try to develop nonlinear dynamics model by mathematical methods. The analysis and numerical simulation of the chemical oscillation in partial oxidation of methane to syngas reaction over the supported precious metal catalyst will be studied. Moreover, the oscillation conditions and oscillating reasons also will be discussed. In order to achieve stable control of production, the Hopf bifurcation, homoclinic branch, the branch of the heteroclinic limit cycle oscillation will be studied. The appropriate reaction parameters is determined by kinetic studies, which provide basic data and the theoretical basis for the pa

英文关键词: Partial oxidation of methane;Chemical oscillation;Nonlinear model;Rh/Al2O3 catalyst;Mathematical simulation

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