Theoretical and experimental investigations into chemical kinetics models for supercritical CO2 oxidation

超临界二氧化碳氧化化学动力学模型的理论和实验研究

基本信息

  • 批准号:
    2293668
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2019 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

High-pressure combustion is a possible route to clean power generation. Combustion under high pressure (>7.3773 MPa), oxygen-rich conditions would produce a mixture of supercritical carbon dioxide (sCO2) and water vapour. Separation of sCO2 would be facile via condensation of water vapour, giving high purity sCO2 which could easily be transported for storage or repurposing. A further advantage of high-pressure combustion is the requirement for a smaller reaction chamber to give the same energy output as a reactor undergoing combustion at a lower pressure. This would lead to a smaller combustion plant and reduce capital costs.This project aims to theoretically and experimentally study the chemical kinetic mechanism for the production of sCO2 at pressures exceeding 80 bar. A better understanding of the chemical kinetic model of sCO2 production would lead to more detailed and accurate model calculations to be used in the construction of high-pressure power plants by aiding in design optimization. Furthermore, an accurate chemical mechanism is required to ensure control over combustion at pressures exceeding 80 bar. The project will initially involve looking at past research to determine which mechanisms have been previously studied, the accuracy of any rate coefficients determined and if they can be used as a starting point for modelling the high-pressure combustion reaction.Current combustion schemes have been developed for systems at atmospheric pressure, using experimental data collected at pressures much lower than the critical point for sCO2. The experimental rate coefficients determined from these experiments cannot be accurately extrapolated and used to model combustion at pressures exceeding 80 bar, leading to inaccuracies when applying current models to high-temperature combustion. The inaccuracy arises as these models may have missed reactions which become important at high pressures or just give an incorrect rate coefficient when extrapolated so far from the experimental data.For this project, the combustion kinetics will be modelled using ANSYS Chemkin. Sensitivity analysis will be applied on ANSYS Chemkin to identify reactions which are important in the combustion mechanism at high pressures. The reactions identified will be studied experimentally using a shock tube. Part of this project also involves assisting in the construction of the shock tube which is set to begin construction in autumn 2020. The shock tube will be used to experimentally determine the rate coefficients of the reactions believed to be important at high pressures. The rate coefficients will then be input into the ANSYS Chemkin model to produce an accurate chemical kinetic model for sCO2 production upon completion of the project.
高压燃烧是清洁发电的一种可能途径。在高压(>7.3773兆帕)下燃烧,富氧条件下会产生超临界二氧化碳(SCO2)和水蒸气的混合物。通过水蒸气的冷凝可以很容易地分离出SCO2,得到高纯度的SCO2,可以很容易地运输来储存或重新利用。高压燃烧的另一个优点是要求较小的反应室提供与在较低压力下燃烧的反应器相同的能量输出。这将导致一个较小的燃烧工厂,并降低资本成本。本项目旨在从理论和实验上研究压力超过80bar时生产SCO2的化学动力学机理。更好地理解SCO2生产的化学动力学模型将有助于在高压发电厂的建设中进行更详细和准确的模型计算,从而辅助设计优化。此外,需要一个精确的化学机制来确保在压力超过80bar的情况下控制燃烧。该项目最初将涉及查看过去的研究,以确定以前研究过哪些机制,所确定的任何速率系数的准确性,以及它们是否可以作为模拟高压燃烧反应的起点。目前已经为大气压下的系统开发了燃烧方案,使用的是在远低于SCO2临界点的压力下收集的实验数据。由这些实验确定的实验速率系数不能准确地外推并用于压力超过80bar的燃烧模型,导致在将现有模型应用于高温燃烧时不准确。不准确是因为这些模型可能遗漏了在高压下变得重要的反应,或者只是在从实验数据推断时给出了不正确的速率系数。对于这个项目,燃烧动力学将使用Ansys Chemkin进行建模。敏感性分析将应用于Ansys Chemkin,以确定哪些反应在高压下的燃烧机理中起重要作用。确定的反应将使用激波管进行实验研究。该项目的一部分还包括协助建造激波管,该激波管将于2020年秋季开始建设。激波管将被用来实验确定在高压下被认为是重要的反应的速率系数。然后,速率系数将被输入到Ansys Chemkin模型中,以便在项目完成后为SCO2生产产生准确的化学动力学模型。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Experimental and modelling study of syngas combustion in CO2 bath gas
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  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2023.127865
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Harman-Thomas J
  • 通讯作者:
    Harman-Thomas J
The development of a chemical kinetic mechanism for combustion in supercritical carbon dioxide
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2022.124490
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    James M. Harman‐Thomas;K. Hughes;M. Pourkashanian
  • 通讯作者:
    James M. Harman‐Thomas;K. Hughes;M. Pourkashanian
Experimental and modelling study of hydrogen ignition in CO2 bath gas
CO2浴气体中氢气点火的实验与模型研究
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2022.126664
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Harman-Thomas J
  • 通讯作者:
    Harman-Thomas J
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