Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. «Газовая промышленность»
  4. Газовая промышленность 12.2023
Газовая Промышленность 12.2023

Научная статья

УДК 62-622/623
(UDK 62-622/623)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь
Купить журнал

ГАЗОМОТОРНОЕ ТОПЛИВО (NATURAL GAS VEHICLE FUEL)

О ХАРАКТЕРИСТИКАХ ДЕТОНАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ ГАЗОМОТОРНЫХ ТОПЛИВ

(ON ANTIKNOCK RATING OF GAS ENGINE FUEL)

Широкое применение в энергетике и на транспорте экологически чистых газовых топлив на основе метана, водорода и их смесей требует адекватных методов оперативной оценки их детонационной стойкости. На основе проведенных экспериментальных исследований и кинетического моделирования процессов воспламенения метана, водорода, смесей метана с углеводородами С2–С6, водородом и другими соединениями установлена принципиальная неадекватность использования для данной цели такого широко распространенного в настоящее время показателя, как метановое число. Это обусловлено фундаментальными особенностями механизма воспламенения обоих реперных компонентов метановой шкалы – метана и водорода.
Экспериментальные и теоретические результаты многочисленных исследований свидетельствуют о более высокой теоретической обоснованности применения пропанового детонационного индекса для оценки детонационных характеристик, по крайней мере, углеводородных газовых топлив.
Показана возможность теоретического расчета такого объективного физического параметра, характеризующего детонационную стойкость углеводородных газов, как время задержки их воспламенения. Этот расчет может быть проведен на основе учета только суммарной концентрации в газовом топливе более тяжелых гомологов метана. Однако данный показатель малопригоден для практической оперативной оценки детонационной стойкости газомоторных топлив.
В связи с недостаточной обоснованностью и неадекватностью использования метанового числа в качестве индикатора детонационной стойкости газомоторных топлив необходима разработка более универсальных показателей. Отсутствие таковых будет существенно сдерживать рост применения различных углеводородных газов как газомоторного топлива для транспорта.

Wide use of environmentally friendly gas fuels based on methane, hydrogen, and their mixtures in energy and transport industries requires adequate methods for rapid assessment of their antiknock rating. Experimental studies and kinetic simulation of ignition processes of methane, hydrogen, and methane mixtures with C2–C6 hydrocarbons, hydrogen, and other compounds have established the fundamental inadequacy of using such currently widespread indicator as the methane number for this purpose.
This is due to the fundamental properties of the ignition mechanism of both reference components of the methane scale – methane and hydrogen. Experimental and theoretical results of numerous studies prove a higher theoretical validity of using the propane antiknock rating to assess the antiknock properties of at least hydrocarbon-based gas fuels.
It shows the possibility of theoretical calculation of such an objective physical parameter characterizing the antiknock rating of hydrocarbon gases as their ignition delay time. This calculation can be performed based only on the total concentration of heavier methane homologues in gas fuel. However, this indicator is of little use for practical operational assessment of the antiknock rating of gas engine fuels.
It is necessary to develop more universal indicators, due to the insufficient validity and inadequacy of the methane number use as an indicator of the antiknock rating of gas engine fuels. Their absence will significantly hinder wider use of various hydrocarbon gases as gas engine fuels.

ГАЗОМОТОРНОЕ ТОПЛИВО, ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, МЕТАН, ВОДОРОД, ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО, МЕТАНОВОЕ ЧИСЛО, ЗАДЕРЖКА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ

GAS ENGINE FUEL, NATURAL GAS, METHANE, HYDROGEN, OCTANE NUMBER, METHANE NUMBER, IGNITION DELAY

В.С. Арутюнов, д.х.н., ФГБУН Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (Москва, Россия), v_arutyunov@mail.ru

А.В. Арутюнов, к.ф.-м.н., ФГБУН Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, aarutyunovv@gmail.com

V.S. Arutyunov, DSc in Chemistry, N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences (Moscow, Russia), v_arutyunov@mail.ru

A.V. Arutyunov, PhD in Physics and Mathematics, N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, aarutyunovv@gmail.com

Paris Agreement // UNFCCC: офиц. сайт. URL: https://unfccc.int/files/essential_background/convention/application/pdf/english_paris_agreement.pdf (дата обращения: 29.11.2023).

Leiker M., Christoph K., Rankl M., et al. Evaluation of antiknocking property of gaseous fuels by means of methane number and its practical application to gas engines. New York, NY, USA: ASME, 1972. 16 p.

Palmer G. Methane number // J. Natural Gas Eng. 2017. Vol. 2, No. 2. P. 134–142. DOI: 10.7569/JNGE.2017.692506.

Арутюнов В.С., Арутюнов А.В., Беляев А.А., Трошин К.Я. Контролируемое воспламенение низкоуглеродных газомоторных топлив на основе природного газа и водорода: кинетика процесса // Успехи химии. 2023. Т. 92, № 7. Статья № RCR5084. DOI: 10.59761/RCR5084.

Westbrook C.K., Sjöberg M., Cernansky N.P. A new chemical kinetic method of determining RON and MON values for single component and multicomponent mixtures of engine fuels // Combust. Flame. 2018. Vol. 195. P. 50–62. DOI: 10.1016/j.combustflame.2018.03.038.

Трошин К.Я., Никитин А.В., Беляев А.А. и др. Экспериментальное определение задержки самовоспламенения смесей метана с легкими алканами // Физика горения и взрыва. 2019. Т. 55, № 5. С. 17–24. DOI: 10.15372/FGV20190502.

Arutyunov A.V., Troshin K.Ya., Nikitin A.V., et al. Computer modeling of self-ignition delays of methane-alkane mixtures // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. Vol. 1141. Article ID 012153. DOI: 10.1088/1742-6596/1141/1/012153.

Арутюнов В.С. Водородная энергетика: значение, источники, проблемы, перспективы (обзор) // Нефтехимия. 2022. Т. 62, № 4. С. 459–470. DOI: 10.1134/S0965544122040065.

Makaryan I.A., Sedov I.V., Salgansky E.A., et al. A comprehensive review on the prospects of using hydrogen-methane blends: Challenges and opportunities // Energies (Basel, Switz.). 2022. Vol. 15, No. 6. Article ID 2265. DOI: 10.3390/en15062265.

Verhelst S., Wallner T. Hydrogen-fueled internal combustion engines // Prog. Energy Combust. Sci. 2009. Vol. 35, No. 6. P. 490–527. DOI: 10.1016/j.pecs.2009.08.001.

Delorme A., Rousseau A., Sharer P., et al. Evolution of hydrogen fueled vehicles compared to conventional vehicles from 2010 to 2045 // SAE Tech. Pap. Ser. 2009. Article ID 2009-01-1008. DOI: 10.4271/2009-01-1008.

Arutyunov V., Belyaev A., Arutyunov A., et al. Autoignition of methane-hydrogen mixtures below 1000 K // Processes. 2022. Vol. 10, No. 11. Article ID 2177. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.2c03598.

Zhang Y., Huang Z., Wei L., et al. Experimental and modeling study on ignition delays of lean mixtures of methane, hydrogen, oxygen, and argon at elevated pressures // Combust. Flame. 2012. Vol. 159, No. 3. P. 918–931. DOI: 10.1016/j.combustflame.2011.09.010.

Арутюнов А.В., Беляев А.А., Иновенков И.Н., Арутюнов В.С. Влияние водорода на нормальную скорость горения метановоздушных смесей при повышенных температурах // Горение и взрыв. 2019. Т. 12, № 4. С. 4–10. DOI: 10.30826/CE19120401.

Karim G.A., Wierzba I., Al-Alousi Y. Methane-hydrogen mixtures as fuels // Int. J. Hydrogen Energy. 1996. Vol. 21, No. 7. P. 625–631. DOI: 10.1016/0360-3199(95)00134-4.

Van Essen M., Gersen S., Van Dijk G., et al. Algorithm for determining the knock resistance of LNG // Int. J. Energy Power Eng. 2019. Vol. 8, No. 2. P. 18–27. DOI: 10.11648/j.ijepe.20190802.12.

Spadaccini L.J., Colket M.B. III. Ignition delay characteristics of methane fuels // Prog. Energy Combust. Sci. 1994. Vol. 20, No. 5. P. 431–460. DOI: 10.1016/0360-1285(94)90011-6.

Sarathy S.M., Westbrook C.K., Pitz W.J., et al. Comprehensive chemical kinetic modeling of the oxidation of C8 and larger n-alkanes and 2-methylalkanes. Livermore, CA, USA: Lawrence Livermore National Laboratory, 2011. 46 p.

UNFCCC. Paris Agreement. Available from: https://unfccc.int/files/essential_background/convention/application/pdf/english_paris_agreement.pdf
[Accessed: 29 November 2023].

Leiker M, Christoph K, Rankl M, Cartellieri W, Pfeifer U. Evaluation of Antiknocking Property of Gaseous Fuels by Means of Methane Number and Its Practical Application to Gas Engines. New York, NY, USA: ASME; 1972.

Palmer G. Methane number. J. Natural Gas Eng. 2017; 2(2): 134–142. https://doi.org/10.7569/JNGE.2017.692506.

Arutyunov VS, Arutyunov AV, Belyaev AA, Troshin KYa. Controlled ignition of low-carbon gas-engine fuels based on natural gas and hydrogen: Process kinetics. Russian Chemical Reviews [Uspekhi khimii]. 2023; 92(7): article ID RCR5084. https://doi.org/10.59761/RCR5084. (In Russian)

Westbrook CK, Sjöberg M, Cernansky NP. A new chemical kinetic method of determining RON and MON values for single component and multicomponent mixtures of engine fuels. Combust. Flame. 2018; 195: 50–62. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2018.03.038.

Troshin KYa, Nikitin AV, Belyaev AA, Arutyunov AV, Kiryushin AA, Arutyunov VS. Experimental calculation of self-ignition delay of mixtures of methane with light alkanes. Combustion, Explosion and Shock Waves [Fizika goreniya i vzryva]. 2019; 55(5): 17–24. https://doi.org/10.15372/FGV20190502. (In Russian)

Arutyunov AV, Troshin KYa, Nikitin AV, Belyaev AA, Arutyunov VS. Computer modeling of self-ignition delays of methane-alkane mixtures. J. Phys.: Conf. Ser. 2018; 1141: article ID 012153. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1141/1/012153.

Arutyunov VS. Hydrogen energy: Significance, sources, problems, and prospects (a review). Petroleum Chemistry [Neftekhimiya]. 2022; 62(4): 459–470. https://doi.org/10.1134/S0965544122040065. (In Russian)

Makaryan IA, Sedov IV, Salgansky EA, Arutyunov AV, Arutyunov VS. A comprehensive review on the prospects of using hydrogen-methane blends: Challenges and opportunities. Energies (Basel, Switz.). 2022; 15(6): article ID 2265. https://doi.org/10.3390/en15062265.

Verhelst S, Wallner T. Hydrogen-fueled internal combustion engines. Prog. Energy Combust. Sci. 2009; 35(6): 490–527. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2009.08.001.

Delorme A, Rousseau A, Sharer P, Pagerit S, Wallner T. Evolution of hydrogen fueled vehicles compared to conventional vehicles from 2010 to 2045. SAE Tech. Pap. Ser. 2009; article ID 2009-01-1008. https://doi.org/10.4271/2009-01-1008.

Arutyunov V, Belyaev A, Arutyunov A, Troshin K, Nikitin A. Autoignition of methane-hydrogen mixtures below 1000 K. Processes. 2022; 10(11): article ID 2177. https://doi.org/10.3390/pr10112177.

Zhang Y, Huang Z, Wei L, Zhang J, Law CK. Experimental and modeling study on ignition delays of lean mixtures of methane, hydrogen, oxygen, and argon at elevated pressures. Combust. Flame. 2012; 159(3): 918–931. https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2011.09.010.

Arutyunov AV, Belyaev AA, Inovenkov IN, Arutyunov VS. The influence of hydrogen on the burning velocity of methane-air mixtures at elevated temperatures. Combustion and Explosion [Gorenie i vzryv]. 2019; 12(4): 4–10. https://doi.org/10.30826/CE19120401.

Karim GA, Wierzba I, Al-Alousi Y. Methane-hydrogen mixtures as fuels. Int. J. Hydrogen Energy. 1996; 21(7): 625–631. https://doi.org/10.1016/0360-3199(95)00134-4.

Van Essen M, Gersen S, Van Dijk G, Van Erp M, Levinsky EH. Algorithm for determining the knock resistance of LNG. Int. J. Energy Power Eng. 2019; 8(2): 18–27. https://doi.org/10.11648/j.ijepe.20190802.12.

Spadaccini LJ, Colket MB. III. Ignition delay characteristics of methane fuels. Prog. Energy Combust. Sci. 1994; 20(5): 431–460. https://doi.org/10.1016/0360-1285(94)90011-6.

Sarathy SM, Westbrook CK, Pitz WJ, Mehl M, Togbe C, Dagaut P, et al. Comprehensive Chemical Kinetic Modeling of the Oxidation of C8 and Larger N-Alkanes and 2-Methylalkanes. Livermore, CA, USA: Lawrence Livermore National Laboratory; 2011.
Назад к журналу
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

О нас

 

 

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57