РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С УЧЕТОМ ДЕТАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА РЕАКЦИЙ, ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ АКТИВНОСТИ КАТАЛИЗАТОРОВ И ГИДРОДИНАМИКИ

Объект исследования - разработка методов математического моделирования каталитических процессов с учетом факторов, определяющих протекание процесса в стационарных и динамических условиях. Цель исследования в целом - создание математических моделей на основе анализа влияния физико-химических и гидродинамических факторов на закономерности протекания каталитических реакций, которые позволят проводить оптимизацию промышленно важных технологических процессов. При выполнении работ на первом этапе в 2017 г.: 1) построены многоуровневые математические модели динамических процессов в каталитических системах различной структуры; предложена модель автоколебательных процессов в реакциях парциального и полного окисления метана; 2) построена модель и впервые проведено моделирование распространения теплового фронта реакции окисления сорбированных органических соединений в трехмерном каталитическом слое; 3) построены гидродинамические модели новых типов каталитических систем: блочных катализаторов с проницаемыми для реакционного потока стенками и структурированных картриджей на основе микроволокнистых катализаторов; 4) впервые установлено, что ключевой параметр эндотермического процесса дегидратации этанола в этилен в трубчатом реакторе - средняя температура в слое катализатора, вследствие ее наибольшей параметрической чувствительности к изменению температуры теплоносителя и скорости потока; в результате моделирования показано, что при равномерном температурном профиле растет выход этилена и снижаются энергозатраты на проведение процесса; 5) найдены оптимальные условия беспламенного каталитического сжигания природного газа (ПГ) в трубчатом реакторе для генерации тепла; с учетом ограничений на термическую стабильность катализатора и эмиссию оксидов азота в оптимальных условиях можно получить удельную тепловую мощность не менее 19,25 кВт/м³ ПГ; 6) разработана численная модель для расчета на суперкомпьютере с использованием пакета ANSYS FLUENT демонстрационного реактора лазерного пиролиза этана в турбулентном многокомпонентном потоке реагентов; установлены расходы газов, плотность мощности излучения и температура стенки реактора, необходимые для газофазного пиролиза этана; выбрана схема интегрирования траекторий отдельных частиц, создана численная модель динамики отдельной частицы в потоке газа при разных числах Рейнольдса.