CC BY
90
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ______________________________________2011, том 54, №9__________________________________
ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК. 662.665.761
М.Т.Идиев, У.Н.Файзуллоев, Б.С.Сафаров
ПИРОЛИЗ ГАЗОКОНДЕНСАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ТУРБУЛИЗАЦИИ АЗОТНОЙ ПЛАЗМЫ
Таджикский технический университет им. акдемика М.Осими
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан И.Ш.Норматовым 06.01.2011 г.)
В статье представлены результаты исследований переработки газовых конденсатов в потоке низкотемпературной плазмы. Установлен существенный вклад турбулизации плазмы водородом и азотом на выход конечных продуктов.
Ключевые слова: азотная плазма - турбулизация струи - пиролиз - ацетилен - этилен.
Современный этап развития производства многих органических и неорганических материалов характеризуется и преимущественно обусловлен применением нетрадиционных технологий, основанных на широком использовании физико-химических процессов, протекающих в термодинамически неравновесных условиях. Ярким примером таких технологий является плазмохимия, основанная на использовании процессов, протекающих в низкотемпературной плазме. Плазмохимия позволяет разрабатывать технологические направления, отличающиеся высокими скоростями химических реакций, относительно простотой технологических конструкций, малостадийностью, достижением высоких выходов целевых продуктов и, самое главное, возможностью управления и оптимизации процесса.
Следует отметить, что сама природа плазмохимических процессов, характеризующая их протекание в термодинамически неравновесных условиях, указывает на существенное влияние параметров плазменной струи и газодинамики плазмообразующих газов на скорость химических реакций и выход конечных продуктов. В этом плане проблемы исследования динамических характеристик плазменной струи с целью оптимизации процесса обработки материалов в потоке низкотемпературной плазмы являются актуальными. По проблемам основных аспектов турбулизации плазменной струи имеются многочисленные публикации [1-4], однако экспериментальная сторона проблемы является пока не завершённой.
Настоящая работа посвящена исследованию влияния предварительной турбулизации азотной плазменной струи высоконапорными струями водорода и азота на процесс пиролиза газового конденсата в азотной плазме. Нами был использован природный газоконденсат месторождения “Канибадам” Республики Таджикистан с молекулярным весом 140 (С10Н20) и средним значением температуры кипения около 55°С.
Адрес для корреспонденции: Идиев Махмадрезбон Тешаевич.734042, Республика Таджикистан, г.Душанбе, пр. Раджабовых,10, Таджикский технический университет. E-mail: Idiev_64@ mail.ru
Плазмохимический пиролиз газоконденсата проводили на плазмохимической установке, включающей плазменный генератор “ЭДП 104”, цилиндрические проточные, охлаждаемые и неох-лаждаемые реакторы с внутренним диаметром 8-10 мм, длиной от 20 до 120 мм, с радиальным подводом сырья к теплоносителю и устройство охлаждения и закалки продуктов реакции. Плазменный генератор “ЭДП 104” работает на постоянном токе и обеспечивает необходимый режим нагрева плазменной струи как в азотной, так и воздушной средах. Режим горения плазменной дуги в приэлек-тродном пространстве обеспечивался при помощи вихревой стабилизации дуги. Вихревой поток газа создавался с помощью камеры в соединительной муфте через кольцо, имеющее четыре отверстия, тангенционально направленных к оси истечения.
Было обнаружено, что в случае использования азота в качестве турбулизующего потока, пиролиз газоконденсата сопровождался выходом ацетилена (3^7% об.), этилена (4^8% об.), пиролизного углерода (10^15% вес.). Использование водорода как турбулизующего агента способствовало значительному увеличению концентрации целевых продуктов, которые имели следующие значения: С2Н2 (10^13% об.), С2Н (9^12% об.) и пиролизный углерод (3^5% вес.). Вместе с тем, образование цианистого водорода снизилось до 2^2,5% об., а выход гомологических газов ацетилена в сумме достигал 2,5^3% об.
Таблица 1
Опыты по переработке газоконденсата в азотной плазме,
предварительно турбулизованной высоконапорным азотом
Показатели процесса Номера опытов
1 2 3 4
Расход плазмообразующего азота, м3/сек-10 -3 5.0 5.0 5.0 5.0
Расход турбулизующего азота, м3/сек-10 -3 2.0 2.0 2.0 2.17
Расход газоконденсата на пиролиз, кг/сек -10 "4 3.67 3.67 3.57 3.33
Расход газоконденсата на закалку, кг/сек • 10 "4 1.33 1.25 1.53 1.50
Полезная мощность, кВт 4.9 4.8 4.9 4.6
Газооб разные продукты, % об.
азот 74.5 76.2 78.4 77.2
водород 13.2 12.4 11.1 14.5
этилен 9.20 8.40 8.20 4.23
ацетилен 2.7 2.6 1.8 3.2
пропилен 0.2 0.2 0.2 0.3
цианистый водород 0.2 0.2 0.3 0.6
Общее превращение сырья в газообразные продукты,% 61 62 60 63
Расход пирогаза, м3/сек -10 -3 9.80 10.00 9.83 9.70
Выход пироуглерода, в % вес. 18.2 16.3 14.2 14.3
Температура реакции, К 1600 1600 1500 1600
Принудительное изменение температурного режима плазменной струи азота путём предварительной турбулизации холодными, высоконапорными струями (водорода и азота) можно рассматривать как один из методов управления процессом переработки газоконденсатов для получения ацетилена и этилена. На основе полученных предварительных результатов можно предположить, что для
достижения высоких значений концентрации цианистого водорода необходимо увеличить вкладываемую в плазму мощность дуги, хотя это приводит к увеличению энергозатрат на единицу выхода продуктов.
Таблица 2
Опыты по переработке газоконденсата в азотной плазме,
предварительно турбулизованной высоконапорным водородом
Показатели процесса Номера опытов
1 2 3 4
Расход плазмообразующего азота, м3/сек-10-3 4.17 4.33 4.17 4.17
Расход турбулизующего водорода, м3/сек -10-3 2.0 2.0 2.0 1.5
Расход газоконденсата на пиролиз, кг/сек ■ 10-4 3.67 3.33 3.67 3.50
Расход газоконденсата на закалку, кг/сек -10-4 1.67 2.00 1.67 1.33
Полезная мощность, кВт 6.2 6.2 6.9 6.9
Газообразные продукты, % об.
азот 43.2 44.8 43.7 44.0
водород 28.1 26.4 27.0 28.1
метан 0.7 0.9 0.5 0.8
этан 0.1 0.2 - 0.4
этилен 12.7 11.9 12.0 9.9
ацетилен 10.7 9.8 11.6 12.0
пропилен 0.9 1.3 1.5 1.2
гомологи ацетилена 1.6 2.0 1.8 1.5
цианистый водород 1.9 1.7 1.7 1.1
Общее превращение сырья в газообразные продукты, % 78.0 79.3 82.0 80.0
Выход пироуглерода, % вес. 3.6 4.1 3.7 5.7
Энергозатраты, МДж/кг (ИС№ С2Н2) 21.2 23.0 24.8 27.3
Температура реакции, К 1700 1700 1800 1900
Основное преимущество приёма предварительной турбулизации плазменной струи в пиролизных процессах - это снижение выхода пироуглерода в конечных продуктах. Результаты опытов по пиролизу газоконденсата с применением предварительной турбулизации плазменного потока представлены в табл. 1 и 2.
Поступило 06.01.2011 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ганз С.Н., Мельник А.П., Пархоменко В.Д. - Плазма в химической
2. технологии. - Киев: Техника, 1969, с. 176-187.
3. Ганз С.Н., Краснокутский Ю.И., Пархоменко В.Д. - Химическая промышленность, 1970, №5, с.356-359.
4. Пархоменко В.Д., Ганз С.Н., Макоид В.К. - Авторское свидетельство №411739(без права публикации).
5. Макоид В.К., Ганз С.Н., Пархоменко В.Д. - Изв. вузов СССР. Химия и химическая технология, 1972, т.15, №4.
М.Т.Идиев, У.Н.Файзуллоев, Б.С.Сафаров
ПИРОЛИЗИ КОНДЕНСАТ^ОИ ГАЗИ БО ИСТИФОДА АЗ УСУЛИ ТУРБУЛЕНТ ГАРДОНИИ ЧАРАЁНИ ПЛАЗМАИ АЗОТИ
Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.Осими
Дар макола натичах,ои тадкикот оиди коркарди конденсатх,ои газй дар чараёни плазма ва баланд бардоштани дарачаи х,осилшавии газх,ои асетилен,этилен дар натичаи турбулентгар-донии чараёни плазма бо газх,ои азот ва гидроген оварда шудаанд
Калима^ои калиди: плазмаи нитрогенй - цараёни турбулентй - пиролиз - асетилен - этилен.
M.T.Idiev, U.N.Fayzulloev, B.S.Safarov PYROLYSIS OF THE GAS CONDENSATE BY USE OF PRELIMINARY TURBULENCES NITRIC PLASMA METHODS
M.Osimi Tajik Technical University
In the paper results of gas condensates pyrolysis in the stream of low temperature plasma and increase of gaseous products - acetylene and ethylene at preliminary turbulences nitric plasma by hydrogen and nitrogen are presented
Key words: nitric plasma - turbulences - pyrolysis - acetylene - ethylene.
