狭小通道绿氢甲烷混合燃料催化燃烧自点火数值模拟

摘要

我国油气田大多地处偏远，常年气温低下，需要对井口加热以实现防冻。微型催化燃烧器可用于诸多加热场景，但单一甲烷在室温下难以稳定催化自燃。利用我国丰富的风电、光伏等可再生能源制成绿氢与甲烷混合，在贵金属Pt上可实现室温下的催化自点火。开展绿氢甲烷混合燃料催化燃烧研究对拓展油气田井口防冻新工艺，加快能源“低碳化”进程意义重大。参考氢气甲烷混合燃料在Pt催化剂表面催化反应机理文件并导入Fluent 2021R1，建立了三维狭小通道氢气甲烷混合燃料催化燃烧数值计算模型，探究了甲烷和氢气混合比例、甲烷和氢气同步供给和非同步供给对催化燃烧点火的影响。发现氢气比例低时会导致催化剂失活，氢气比例高时可实现室温下催化自燃；同步供给方式导致催化剂失活的氢气比例上限更高，实现催化自燃的氢气比例下限更低。模拟结果表明，氢气和甲烷同步供给、入口速度1.0 m/s、氢气甲烷浓度比1∶1、狭小通道直径1.5 mm有利于氢气甲烷混合燃料催化自点火。模拟揭示了绿氢甲烷混合燃料室温下催化自点火特性及起燃过程的演变规律，为油气田生产加热工艺的应用奠定了基础。

关键词

氢气甲烷混合燃料 / 狭小通道 / 催化燃烧 / 自点火 / 多相反应

基金资助

山东省重点研发计划“绿色低碳热能转换装备与系统关键核心技术攻关及推广应用”（2024TSGC0265）; 陕西省博士后资助项目“含湿烟气耦合可再生能源深度利用的能势互补机理与最优化集成方法研究”（2024BSHSDZZ147）