ОКИСЛЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ АЛКАНОВ В ГИДРОКСИЛЬНЫЕ И КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Аннотация
Изучено окисление газообразных алканов С2-С4 в барьерном разряде в присутствии воды с образованием кислородсодержащих соединений и углеводородов С1-С5+ предельного и непредельного строения. Установлено, что на протекание реакции влияет как начальное содержание воздуха или кислорода в исходной смеси, так и молекулярная масса окисляемого углеводорода. В ряду этан-пропан-бутан суммарное содержание кислородсодержащих соединений в исследованных условиях эксперимента составляет 61,5, 79,1 и 94,7% мас., соответственно. Кислородсодержащие соединения представляют собой преимущественно гидроксильные и карбонильные вещества с исходным числом атомов углерода в молекуле. Их содержание в продуктах реакции составляет в ряду этан-пропан-бутан 48,7, 56,4 и 75,7% мас., соответственно, что значительно превосходит традиционные термокаталитические методы окисления газообразных алканов. Исследовано влияние атмосферы воздуха и кислорода на процесс окисления газообразных алканов в барьерном разряде. На примере пропана показано, что замена воздуха на кислород приводит к уменьшению содержания углеводородов в продуктах реакции с 20,9 до 9,8% мас. Конверсия пропана за один проход реакционной смеси через реактор при времени контакта ее с разрядной зоной в 8,2 с и активной мощности разряда в ~2,5 Вт, изменяется в 2 раза с 6,2 до 12,9%. При окислении газообразных алканов, во всех случаях, в продуктах реакции кроме основных соединений — спиртов, альдегидов и кетонов исходного строения характерно образование таких веществ, как метан, этилен, ацетилен, метанол, ацетальдегид и этанол, что свидетельствует о схожем механизме окисления исследованных углеводородов.
Для цитирования:
Рябов А.Ю., Кудряшов С.В. Окисление газообразных алканов в гидроксильные и карбонильные соединения. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 8. С. 84-91. DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.11t.
Литература
Arutyunov V.S., Krylov O.V. Oxidative transformations of methane. M.: Nauka. 1998. 360 р. (in Russian).
Usachcv N.Ya., Kharlamov V.V., Belanova E.P., Starostina T.S., Krukovsky I.M. Oxidative Processing Of Light Alkancs: State And Prospects. Ross. Khim. Zhurn. 2008. V. 52. N 4. P. 22-31 (in Russian).
Arutyunov V.S. Oxidative conversion of natural gas. M.: Krasand. 2011. 590 р. (in Russian).
Brandenburg R. Dielectric barrier discharges: progress on plasma sources and on the understanding of regimes and single filaments. Plasma Sources Sci. Technol. 2017. V. 26. 053001. DOI: 10.1088/1361-6595/aa6426.
Fridman A. Plasma chemistry. Cambridge: Cambridge university press. 2008. DOI: 10.1017/CBO9780511546075.
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.
Nozaki T., Okazaki K. Non-thermal plasma catalysis of methane: Principles, energy efficiency, and applications. Catal. Today. 2013. V. 211. P. 29–38. DOI: 10.1016/j.cattod.2013.04.002.
Pushkarev A.I., Sazonov R.V., Zhu A.M., Li X.S. Me-thane Conversion In Low-Temperature Plasma. High En-ergy Chem. 2009. V. 43. P. 156-162. DOI: 10.1134/S0018143909030023.
Gusev G.I., Gushchin A.A., Grinevich V.I., Izvekova T.V., Kvitkova E.Y., Rybkin V.V. Destruction of aqueous solutions of 2,4-dichlorophenol in a barrier discharge plasma catalytic reactor. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 11. P. 103-111 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20216411.6507.
Kudryashov S.V., Ryabov A.Y., Ocheredko A.N. Oxidation of propane-butane mixture in a dielectric barrier discharge in the presence of liquid octane. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2018. V. 61. N 3. P. 88–92 (in Russian). DOI: 10.6060/tcct.20186103.5657.
Ryabov A.Y., Kudryashov S.V., Ochered’ko A.N. Fea-tures Of Propylene Oxidation By Carbon Dioxide In Die-lectric Barrier Discharge. Khim. Vys. Energiy. 2022. V. 56. N 3. P. 245-250 (in Russian). DOI: 10.31857/S0023119322030093.
Ryabov A.Y., Kudryashov S.V. Ethylene conversion in a barrier discharge: experiment and simulation. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 8. P. 6–15 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246708.12t.
Cohen N., Westberg K.R. Chemical kinetic data sheets for high-temperature reactions. Part II. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1991. V. 20. P. 1211-1311. DOI: 10.1063/1.555901.
Tsang W., Hampson R.F. Chemical kinetic data base for combustion chemistry. Part I. Methane and related compounds. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1986. V. 15. DOI: 10.1063/1.555759.
Janev R.K., Reiter D. Collision processes of C2,3Hy and C2,3Hy+ hydrocarbons with electrons and protons. Phys. Plasmas. 2004. V. 11. P. 780-829. DOI: 10.1063/1.1630794.
Maximilien Cord, Benoit Husson, Juan Carlos Lizardo Huerta. Study of the Low Temperature Oxidation of Propane. J. Phys. Chem. A. 2012. V. 116. P. 12214−12228. DOI: 10.1021/jp309821z.
Lin M.M. Selective oxidation of propane to acrylic acid with molecular oxygen. Appl. Catal. A: Gen. 2001. V. 207. P. 1–16. DOI: 10.1016/s0926-860x(00)00609-8.
Bettahar M.M., Costentin G., Savary L., LavalleyJ.C. On the partial oxidation of propane and propylene on mixed metal oxide catalysts. Appl. Catal. A: Gen. 1996. V. 145. P. 1-48. DOI: 10.1016/0926-860x(96)00138-x.
Samoilovich V.G., Gibalov V.I., Kozlov K.V. Physical chemistry of barrier discharge. М.: MGU. 1989. 174 p. (in Russian).
Itikawa Y. Cross Sections for Electron Collisions with Oxygen Molecules. J. Phys. Chem. Ref. Data. 2009. V. 38. N 1. P. 1–20. DOI: 10.1063/1.3025886.
Herron J.T. Evaluated Chemical Kinetics Data for Reactions of N (2D), N (2P) and N2 (A3Σu+) in the Gas Phase. J. Phys. Chem. Ref. Data. 1999. V. 28. N 5. P. 1453-1483. DOI: 10.1063/1.556043.
