cat-proc-biomass-2017

УД-3
ВЛИЯНИЕ ИНФРАКРАСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ГАЗОФАЗНЫЙ
ПИРОЛИЗ ЭТАНА
Масюк Н.С., Снытников В.Н., Снытников Вл.Н.
Институт катализа им. Борескова СО РАН, Новосибирск, Россия
e-mail: nad0292@yandex.ru
Пиролиз углеводородов – основной процесс производства легких олефинов. Из-за
спроса на этилен пиролиз этана интенсивно исследовался в течение последних
десятилетий. Термический пиролиз протекает при 700-900°С при атмосферном
давлении и сопровождается появлением сажи, кокса, высокомолекулярных
соединений и других побочных продуктов. Этот процесс описывается радикальноцепным
механизмом, и этап зарождения радикалов имеет критическое значение для
продолжения пиролиза. Чтобы повысить эффективность процесса, необходимо
увеличить генерацию радикалов. Одним из способов может быть лазерное излучение.
Ранее авторы показали [1], что поглощение ИК-излучения СО 2 -лазера этиленом,
продуктом пиролиза этана, приводит к нагреву локального объема реакционной
смеси. Облученный объем из-за повышенных температур среды обеспечивает
дополнительную генерацию свободных радикалов в потоке реагентов. Такой
локальный нагрев ускоряет процесс, увеличивая конверсию этана при пониженных
температурах стенок реактора. Таким образом, использование лазера позволяет
снизить температуру стенок при аналогичной конверсии этана. Цель работы – получить
зависимости конверсии этана в лазерном пиролизе от (i) концентрации этилена в
исходной смеси и (ii) от параметров лазерного луча (плотности мощности, общей
мощности) для повышения эффективности пиролиза.
Газофазный лазерный пиролиз этана исследовали в трубчатом реакторе с
непрерывным потоком газов в присутствии лазерного излучения (944,2 см -1 ).
При сравнении зависимостей конверсии этана от температуры (рис.1) при
традиционном и лазерном пиролизе видно, что лазерное излучение значительно
увеличивает конверсию этана в интервале температур 350-650°С. Кривая,
соответствующая пиролизу этана без лазерного излучения, находится при гораздо
более высоких температурах стенок реактора, чем в присутствии лазерного излучения.
Резкое увеличение конверсии обуславливается наличием этилена в смеси,
который поглощает лазерное излучение, что было подтверждено экспериментами.
Присутствие этилена в количестве 5 об.% приводит к росту конверсии этана.
Дальнейшее увеличение содержания этилена приводит к росту конверсии при более
низких температурах. Отсутствие заметных различий в конверсии между
экспериментами при 8 и 10 об% этилена, вероятно, связанно с поглощением всех
квантов света, поступающих в реактор. Это предположение было подтверждено в
экспериментах с мощностью излучения 40 Вт. Во-первых, температурный порог
реакции сдвигался до 360-470°С. Во-вторых, увеличение содержания этилена в газовой
смеси с 5 до 10% привело к значительному увеличению конверсии. Полученные
результаты показывают, что этилен играет ключевую роль в изучаемом процессе.
30