ОКИСЛЕНИЕ ПРОПАН-БУТАНОВОЙ СМЕСИ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ В ПРИСУТСТВИИ ЖИДКОГО ОКТАНА
Аннотация
Представлены результаты окисления пропан-бутановой смеси в плазме барьерного разряда в присутствии жидкого октана. Наличие жидкого углеводорода на стенках плазмохимического реактора создает условия эффективного вывода продуктов окисления из разрядной зоны, что позволяет предотвратить глубокое окисление газообразных углеводородов. Превращение газо-жидкостной смеси приводит к образованию оксигената, содержащего преимущественно гидроксильные и карбонильные соединения с тем же числом атомов углерода в молекуле, что и в исходных соединениях. Механизм окисления газообразных углеводородов аналогичен механизму превращения жидких углеводородов в плазме барьерного разряда. Основным первичным актом, инициирующим реакцию окисления, является образование атомарного кислорода. Диссоциация молекулы алкана может сопровождаться как отрывом атома водорода с образованием алкил радикала и атомарного водорода, так и разрывом С-С связи с появлением углеводородных фрагментов с меньшим числом атомов углерода. Изменение начальной концентрации пропан-бутановой смеси в газовой фазе с 10 до 75 об.% приводит к снижению конверсии газообразных углеводородов с 4,1 до 0,9 масс.%, а октана с 2,4 до 0,3 масс.% за один проход через реактор. Расчеты, выполненные с использованием программного комплекса Bolsig+, показывают, что снижение конверсии связано с уменьшением константы скорости диссоциации кислорода за счет снижения средней энергии электронов с 4,1 до 3,4 эВ. Предложено выражение, позволяющее оценить направление плазмохимической реакции в зависимости от начальной концентрации углеводородов в разрядном промежутке реактора, показывающее во сколько раз скорость окисления октана может быть больше или меньше скорости окисления пропан-бутановой смеси.
Для цитирования:
Кудряшов С.В., Рябов А.Ю., Очередько А.Н. Окисление пропан-бутановой смеси в диэлектрическом барьерном разряде в присутствии жидкого октана.Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2018. Т. 61. Вып. 3. С. 88-92
Литература
Arutyunov V.S. Oxidative conversion of natural gas. M: Krasand. 2011. 590 р. (in Russian).
Dincer I., Acar C. Review and evaluation of hydrogen production methods for better sustainability. Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. 34. P. 11094. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.12.035.
Nishida Y., Chiang H.C., Chen T.C., Konishi T., Cheng C.Z. Hydrogen Production from Hydrocarbons Using Plasma: Effect of Discharge Pulsewidth on Decomposition. IEEE Trans. Plasma Sci. 2015. V. 43. N 10. P. 3500. DOI: 10.1109/TPS.2015.2476369.
Zhang X., Cha M.S. Electron-induced dry reforming of methane in a temperature-controlled dielectric barrier discharge reactor. J. Phys. D. Appl. Phys. 2013. V. 46. N 41. P. 415205. DOI: 10.1088/0022-3727/46/41/415205.
Kolb T., Kroker T., Voigt J.H., Gericke K.H. Wet Conversion of Methane and Carbon Dioxide in a DBD Reactor. Plasma Chem. Plasma Process. 2012. V. 32. N 6. P. 1139. DOI: 10.1007/s11090-012-9411-y.
Pushkarev A.I., Sazonov R.V. Methane conversion in low-temperature plasma. High Energy Chem. 2009. V. 43. N 3. P. 202. (in Russian)
Goujard V., Nozaki T., Yuzawa S., Ağiral A., Okazaki K. Plasma-assisted partial oxidation of methane at low temperatures: numerical analysis of gas-phase chemical mechanism. J. Phys. D. Appl. Phys. 2011. V. 44. P. 274011. DOI: 10.1088/0022-3727/44/27/274011.
Hoeben W.F.L.M., Boekhoven W., Beckers F.J.C.M., Heesch E.J.M., Pemen A.J.M. Partial oxidation of methane by pulsed corona discharges. J. Phys. D. Appl. Phys. 2014. V. 47. N 35. P. 355202. DOI: 10.1088/0022-3727/47/35/355202.
Bugaev S.P., Kozyrev A.V., Kuvshinov V.A., Sochugov N.S., Khryapov P.A. Plasma-Chemical Conversion of Lower Al-kanes with Stimulated Condensation of Incomplete Oxidation Products. Plasma Chem. Plasma Process. 1998. V. 18. N 2. P. 247. DOI: 10.1023/A:1021654616952.
Kudryashov S.V., Ochered’ko A.N., Ryabov A.Yu., Shchyogoleva G.S. Oxidation of Propylene with Oxygen and Air in a Barrier Discharge in the Presence of Octane. Plasma Chemistry and Plasma Processing. 2011. V. 31. P. 649. DOI: 10.1134/S1070427211080180.
Kudryashov S.V., Ryabov A.Yu., Sirotkina E.E., Shchyogoleva G.S. Oxidation of hydrocarbons in a barrier discharge reac-tor. High Energy Chem. 2000. V. 34. N 2. P. 145. (in Russian).
Cohen N., Westberg K.R. Chemical kinetic data sheets for high-temperature reactions. Part II. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1991. V. 20. N 6. P. 1211-1267. DOI: 10.1063/1.555901.
Miyoshi A., Ohmori K., Tsuchiya K., Matsui H. Reaction rates of atomic oxygen with straight chain alkanes and fluoro-methanes at high temperatures. Chem. Phys. Lett. 1993. V. 204. N 3-4. P. 241–247. DOI: 10.1016/0009-2614(93)90003-J.
Hagelaar G.J.M., Pitchford L.C. Solving the Boltzmann equation to obtain electron transport coefficients and rate coefficients for fluid models. Plasma Sources Sci. Technol. 2005. V. 14. N 4. P. 722–733. DOI: 10.1088/0963-0252/14/4/011.
Viehland database: www.lxcat.net.
