Закономерности превращения нефтеновых углеводородов в плазме
Введение
Нефть и продукты ее переработки являются неотъемлемой частью нашей жизни. Они используются для производства топлив, пластмасс, лекарственных препаратов, косметических средств и во многих других отраслях. Мировой объем выпускаемых органических продуктов в мире увеличился за последние 45 лет в 100 раз, превысив отметку в 300 млн.т.При получении необходимых для производства компонентов используются различные методы преобразования нефтепродуктов, одним из которых является разложение углеводородов в плазме. Использование этого метода отчасти решает проблему глубины переработки нефти и утилизации отходов, образующихся в процессе производства. Сегодня этот метод особенно важен, так как он позволяет не просто утилизировать отходы, но и получать полезные для производства продукты.Основную ценность представляет получаемая смесь газов, состоящая из водорода, ацетилена и других газообразных углеводородов, состав которой зависит от химического состава сырья, вида электрической дуги и материала электродов. Но состав газовой фазы, предположительно, зависит от состава жидкой фазы, который тоже претерпевает изменения в ходе процесса электрокрекинга.
Оглавление
Список сокращений ……………………………………………………...….6
Введение……………………………………………………………….……..7
Литературный обзор……………………………………………..……..8
1.1 Нафтены………………………………………………………...……8
1.1.2 Сведения о циклогексане……………………………………..9
1.2 Электрокрекинг………………………………………………...……9
1.2.1 Плазмохимия…………………………………………………10
1.2.2 Типы разрядов……………………………………………..….15
1.2.3 Устройство электродов для электрокрекинга………….…..17
1.2.4 Химизм процесса электрокрекинга…………………………17
1.2.5 Применение электрокрекинга в промышленности….……..18
1.2.6 Продукты электрокрекинга и их анализ……………………18
Экспериментальная часть…………………………………………….…20
2.1 Методика проведения эксперимента…………………………….…20
2.1.1 Методика анализа газообразных продуктов……………...…..21
2.1.2 Методика анализа жидких продуктов………………...………22
2.2 Обсуждение результатов…………………………………………….26
Экономическая часть………………………………………...…………..40
Выводы…………………………………………………………….……...…..47
Список литературы……………………………………………………..…….48
Приложение………………………………………………….……..………51
Список литературы
Международная организация труда. МКХБ № 0242. Циклогексан, 2019.
Циклоалканы // Химическая энциклопедия : [рус.] : в 5 т. / под ред. Н. С. Зефирова. — М. : Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 364–365. — ISBN 5-85270-310-9.
Charles K. Westbrook, Henry J. Curran, Chapter 7 - Detailed kinetics of fossil and renewable fuel combustion// Computer Aided Chemical Engineering, Volume 45, 2019, Pages 363-443
Роспотребнадзор. № 2332. Циклогексан // ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» / утверждены А.Ю. Поповой. — Москва, 2018. — С. 158. — 170 с. — (Санитарные правила).
Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. – М.:Наука, 1971. – 544 с.
Ленгмюр, И. (1928). "Колебания в ионизированных газах". Труды Национальной академии наук. 14 (8): 627–637. Bibcode:1928PNAS...14..627L. doi:10.1073/pnas.14.8.627. PMC 1085653. PMID 16587379.
Тонкс, Леви (1967). "Рождение "плазмы"". Американский физический журнал. 35 (9): 857–858. Bibcode:1967AmJPh..35..857T. doi:10.1119/1.1974266
Мотт-Смит, Гарольд М. (1971). "История "плазмы"". Природа. 233 (5316): 219. Bibcode:1971 NATUR.233..219M. doi:10.1038/233219a0. PMID 16063290
Вурзель В.Ф. Применение низкотемпературной плазмы в химической промышленности. М.: Наука, 1971. – С.411 – 433.
Печуро Н.С. Химические реакции органических продуктов в электрических разрядах. Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков. – М.: Наука, 1966. – 197 с.
Смольянинов С.И. и др. Разложение жидких углеводородов в высоковольтных импульсных разрядах: Сб. / Химия и химическая технология. – Томский политехнический ин-т, 1973. – 1. – С.138-142.
Смольянинов С.И. и др. Крекинг углеводородов при воздействии высоковольтного электрического разряда: Тр. / Известия Томского политехнического института, 1976. – 253. – С.70-72.
Хромато-масс-спектрометрический анализ показал, что в составе жидких продуктов присутствуют 8 классов соединений – алканы, алкены, алкины, циклоалканы, циклоалкены, циклодиены, арены и гибридные углеводороды. Так как циклогексан довольно легкое соединение, возможно, стоило проводить разложение до больших значений выхода газа, так как наблюдается лишь незначительное снижение содержания циклогексана в смеси (рис.8). Но можно заметить значительный рост количества ароматических соединений, а также увеличение количества ненасыщенных соединений (рис.9). При этом среди алканов обнаруживается только н-гексан. В классе алкинов примерно одинаковое содержание бутадиина-1,3, 3,3-диметилбутина-1 и гексина-3. В группе циклоалканов, помимо самого циклогексана, обнаруживаются метилциклопентан и метиленциклопентан. Если рассматривать циклоалкены, то основными их представителями в смеси будут циклогексен и циклопентадиен-1,3. Среди алкенов основное содержание приходится на гексен-1, которое увеличивается до 75 лг/лс, затем несколько снижается и в составе обнаруживаются гексен-3 и пентадиен-1,3 в сравнительно больших концентрациях. В классе аренов прослеживается значительное содержание толуола на начальных степенях разложения сырья и с увличением степени его разложения содержание толуола снижается на фоне возрастающего содержания ксилолов. Так же отмечается постоянное содержание фенилацетилена в количестве примерно 20% от всего содержания аренов на протяжении всего эксперимента. Среди гибридных соединений сначала приобладает инден, затем постепенно начинает преобладать бицикло[4,1,0]гептатриен-1,3,5.Полученные результаты хромато-масс-спектрометрического анализа подтверждаются и физико-химическими характеристиками полученных жидких продуктов. Увеличение концентрации ароматических и других высокомолекулярных соединений в сырье приводит к увеличению значений плотности и показателя преломления для образцов (таб. 17).