Об эффективности метода барботирования в плазмохимическом пиролизе газоконденсатов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2011, том 54, №2___________________________________

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 662.665.761

М.Т.Идиев, Б.С.Сафаров, У.Н.Файзуллоев ОБ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДА БАРБОТИРОВАНИЯ В ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОМ ПИРОЛИЗЕ ГАЗОКОНДЕНСАТОВ

Таджикский технический университет им. академика М.Осими

(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан И.Ш.Норматовым 06.01. 2011 г.)

Исследовано влияние удельной энергии плазмы и молекулярной массы газоконденсатов , а также изменение скорости плазменной струи на выход продуктов реакции.

Ключевые слова: пиролиз - плазменная струя - барботаж - газоконденсат - ацетилен - удельная энергия.

В последнее время для переработки жидких углеводородов и получения гомологических рядов метана с применением низкотемпературной плазмы широко применяется барботажный метод пиролиза. В данном методе тепловая энергия плазменной струи передается непосредственно в столб углеводородной жидкости, при котором происходит полное разложение сырья на простейшие углеводородные радикалы. Образование конечных целевых продуктов основано именно на активности формирующихся радикалов и их рекомбинационных процессов.

Ранее [1-3] исследовались процессы затопления плазменной струи азота в жидкие нефтепродукты - керосин и бензин, и было обнаружено, что при изменении удельной энергии плазменной струи от 2.75 до 8 кВт-ч/нм3 выход ацетилена достигает 17-18% об., а выход HCN не превышает 3.5% об. Изменение скорости истечения плазмы от 100 до 400 м/с увеличивает содержание ацетилена от 11 до 18% об., а содержание цианистого водорода не зависит от скорости истечения и соответствует 2.53.5% об. Глубина заполнения плазменной струи также не влияет на процесс и концентрации целевых продуктов.

Нами проводились исследования по применению барботажного метода для пиролиза газоконденсата, нефти и их смесей.

Как нами было обнаружено, отличительная особенность барботажного процесса пиролиза заключается в том, что пиролизные газы, образованные в процессе химических реакций произвольно очищаются от сажи. Сажа (пиролизный углерод) остается в слое жидкости, и процесс проходит естественную стадию закалки целевых продуктов, которые интенсивно охлаждаются окружающими слоями барботажной жидкости.

Нами также было изучено влияние удельной энергии плазмы и молекулярного веса обрабатываемого сырья на барботажный процесс пиролиза а также изменение скорости истечения плазменной струи в слой жидкости на конечный выход целевых продуктов. На рис. 1 показано изменение концентраций целевых продуктов в зависимости от удельной энергии плазменной струи.

Адрес для корреспонденции: Идиев Махмадрезбон Тешаевич. 734042, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. акад. Раджабовых, 10, Таджикский технический университет. E-mail: [email protected]

ю

о

к

I

&

X

и

я

X

о

18

15

12

1 о

О/ У 2

ч •

•\

3 -а-

Д^

3.6

5.4

7.2

9.0

10.8

12.6

Удельная энергия, МДж/м N2

Рис.1. Влияние удельной энергии плазмы на выход целевых продуктов в процессе барботажа: 1 - ацетилен; 2 - этилен; 3 - цианистый водород.

Из рис.1 видно, что при изменении удельной энергии азотной плазменной струи от 3.6 до 12.6 МДж/м3 выход ацетилена повышается до 17% об., а выход этилена носит экстремальный характер. Максимум выхода этилена (13% об.) соответствует значению удельной энергии ~ 7.2 МДж/м3 . Концентрации цианистого водорода при этом достигают 4% об. и почти не зависят от дальнейшего увеличения удельной энергии плазменной струи. В составе продуктов реакции - пиролизного газа содержится также метан, пропан (1-1.5 % об.), пропилен (1.5-3.0 % об.), водород (26 ^40 % об.), а также гомологи ацетилена (в сумме до 3.0 % об.). Изменение молекулярного веса сырья путем разбавления газоконденсата сырой нефтью слабо влияет на процесс пиролиза.

На рис.2 представлены результаты исследований влияния молекулярного веса сырья на выход газообразных продуктов реакции, которые показывают, что чем больше молекулярный вес сырья, тем заметнее растут выходы этилена, ацетилена, пропилена и гомологов ацетилена. Увеличить выход цианистого водорода, путем разбавления нефтью конденсатов, при барботажном пиролизе в азотной плазме не удается. Максимальные концентрации цианистого водорода достигают (2.5 -^3,5% об.) и практически не зависят от изменения состава жидкого углеводородного сырья.

Барботажный способ пиролиза углеводородного сырья позволяет вести процесс с весьма распространенными видами жидких углеводородов (от легких конденсатов до тяжелых нефтей и нефтяных фракций). При этом процесс необходимо ориентировать на максимальный выход ацетилена и

этилена. Не исключается также возможность присутствия пропилена до 3% об. и гомологических примесей в сумме до 3.5% об.

18

ю

о

хО

о4

&

К

<и

Я

X

о

15

12

4 -С

тня75'

'V

1 ф : ^ •ф

3.6

5.4

7.2

9.0

10.8

12.6

Удельная энергия плазменной струи, МДж/м N2

Рис.2. Выходы ацетилена при следующих соотношениях газоконденсата к нефти:

1:3 (2); 1:1 (3); 1:3 (4). 1 - ИСК

С целью возможного выявления влияния газодинамики плазменной струи на барботажный процесс были проведены экспериментальные исследования с изменением скорости истечения плазменной струи, затапливаемой в жидкие углеводороды. Для этого в плазмотроне менялся выходной электрод (анод), в котором диаметр сопла принимал различные значения, причем замена производилась так, чтобы скорость истечения плазмы изменялась от 150 до 350 м/с. Опыты проводились при постоянной удельной энергии плазмы. При этом наблюдали увеличение концентраций ацетилена от 10 до 17% об. и этилена от 8 до 13% об. в конечных продуктах барботажного пиролиза газоконденсата. Дальнейшее увеличение скорости истечения плазмы в барботажном процессе не меняет выход непредельных продуктов. Максимальные концентрации цианистого водорода, полученные в этих опытах, соответствовали величине 3.5% об (рис 3).

ю

о

о4

&

О)

и

а

о

Ьй

18

15

12

/-ТТ

_о^—

/ ° о/

/ —

А>—*

— А А л

У

100

200

300

Скорость истечения плазмы, м/с

Рис.3. Зависимость выхода целевых продуктов от скорости истечения плазменной струи в барботажном процессе. 1 - ОД, ; 2 - О^, ;3 - ЖК

Таким образом, на основании проведенных исследований можно утверждать, что при барботажном пиролизе увеличение скорости истечения плазменной струи от 100 до 200 м/с приводит к более интенсивному перемешиванию сырья и плазмы в зоне контакта и, следовательно, к повышению выхода непредельных продуктов (С2Н2 и С2Н4).

Поступило 27.12.2010 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Freeman M.P. - Adv. High. Temp. Chem., 1969, v. 2, pp. 151-202.

2. Weinberg FJ. - Ind. Chem. Bulge, 1973, v.1, pp.2-5.

3. Ильин Д.Т., Еремин. - В кн.: Химические реакции органических продуктов в электрических разрядах. - М. Наука, 1966, c. 32-37.

М.Т.Идиев, Б.С.Сафаров, У.Н.Файзуллоев

OИДИ САМАРАТОКИИ УСУЛИ БАРБOТАЖ ДАР ПИРOЛИЗИ ПЛАЗМOХИМИЯВИИ ^ВДЕ^АТ^И ГАЗИ

Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.Осими

Дар макола маълумотх,о оиди таъсири энергияи хоси плазма ва массаи молекулавии конденсатх,ои газй ба чараёни коркард ва инчунин тагйирёбии сyрати чараёни плазма ба микдори х,осилшавии мах,сули реаксия дарч гардидаанд.

Калима^ои калиди: пиролиз - цараёни плазма - барботаж - конденсати газ - асетилен - энергияи хос.

M.T.Idiev, B.S.Safarov, U.N.Fayzulloev ABOUT EFFICIENCY OF THE SINKING PLASMA STREAM METHOD IN PLASMOCHEMICAL PYROLYSIS OF GAS CONDENSATES

M.Osimi Tajik Technical University Influence of specific energy of plasma and molecular weight of the gas condensate on pyrolysis process and change of speed of the expiration of a plasma stream to the liquid layer on output of products is studied. It is established that at increase in specific energy of nitric plasma the acetylene output raises and the output of ethylene has extreme character

Key words: pyrolysis - plasma jet - barbotaj - gas condensate - acetylene - specific energy