A two-step modelling approach for plasma reactors – experimental validation for CO2 dissociation in surface wave microwave plasma

文献情報

出版日 2019-04-24
DOI 10.1039/C9RE00022D
インパクトファクター 4.239
著者

Sergio H. Moreno, Andrzej I. Stankiewicz, Georgios D. Stefanidis


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要旨

Plasma reactors have the potential to enable CO2 utilization technologies and so there is need to investigate their performance from a chemical or process engineering perspective. Multiphysics models are excellent tools to carry out this analysis; however, practical engineering models of plasma reactors are limited. Herein a two-step modelling approach for plasma reactors is presented. In the first step, a 2D plasma reactor model with a simple chemistry is used to characterize the discharge. The result of this step is used in the second step to develop a global (volume averaged) model of the reactor with the actual chemistry. The approach is applied in the case of CO2 dissociation in a non-thermal surface wave microwave plasma reactor. Preliminary calculations reveal the need to include the vibrationally enhanced dissociation of CO2 in the chemistry of the model. Reduced vibrational kinetics are employed for this purpose by introducing the fictitious species . The model predictions are compared to experimental results to validate the model and obtain insight into the performance of the reactor. In comparison to the experimental results the conversions obtained with the model are underestimated between 11% and 25%. The dominant dissociation paths in the plasma reactor are also identified. Further calculations are performed to show the importance of an approximate description of the power deposition. Limitations of the approach are discussed as well, especially those with major contribution to the discrepancies between experimental and modelling results.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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