RU2466977C1 - Способ получения углеводородов c2+ из метана - Google Patents
Способ получения углеводородов c2+ из метана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2466977C1 RU2466977C1 RU2011112585/04A RU2011112585A RU2466977C1 RU 2466977 C1 RU2466977 C1 RU 2466977C1 RU 2011112585/04 A RU2011112585/04 A RU 2011112585/04A RU 2011112585 A RU2011112585 A RU 2011112585A RU 2466977 C1 RU2466977 C1 RU 2466977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- methane
- hydrocarbons
- reactor
- water
- conversion
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу получения углеводородов С2+ превращением метана в коаксиальном реакторе с одним диэлектрическим барьером под действием плазмы барьерного разряда. Способ характеризуется тем, что превращение метана осуществляют в присутствии воды при объемном расходе метана от 0,63 до 3,6 л·ч-1, воды от 1,3 до 6 мл·ч-1 при температуре ее подачи в реактор от 25°С до 120°С, времени контакта реакционной смеси с разрядной зоной реактора от 12 до 72 с. Использование настоящего способа позволяет повысить селективность по углеводородам С2+ в плазме барьерного разряда и предотвращает образование углеродистых и смолистых веществ на стенках реактора. 7 пр., 3 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области химической технологии, а именно к электрофизическому способу превращения метана в плазме барьерного разряда с получением смеси углеводородов C2+, являющихся исходным сырьем для получения полимерных материалов, органических продуктов и использующихся в качестве компонентов топлив для различных генераторов по производству электроэнергии.
Известен способ получения углеводородов С2-С3 путем высокотемпературного окислительного превращения метана на гетерогенном катализаторе, включающий в свой состав ионы щелочного металла, марганца, вольфрама и оксид кремния [Пат. 2341507 Россия, от 19.07.2007, Способ получения углеводородов С2-С3 // Дедов А.Г. и д.р.]. Превращение осуществляется при температуре на катализаторе 734- 910°С, селективность по углеводородам C2-С3 достигает 87,6% (по углеводородам С2: этилен и этан составляет 81%) при конверсия метана в 20% (пример №16).
Недостатками данного способа являются: необходимость использования катализаторов и применение высоких температур.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ превращения метана в плазме электрического разряда [Shigeru Kado, Yasushi Sekine, Tomohiro Nozaki, Ken Okazaki // Catalysis Today 89, (2004), 47-55]. Приводятся данные по селективности образования углеводородов в барьерном разряде: С2 ~39% (этана ~35; этилена ~2,5; ацетилена ~1,5%), а так же углеводородов С3-С5 ~32%, другие ~26% и углеродистые отложения ~3%. В результате сравнения коронного, искрового и барьерного разрядов отмечается, что в последнем конверсия метана выше, а доля углеродистых отложений ниже.
Основными недостатками данного способа являются: низкая селективность по углеводородам С2+ и углеродистые отложения, наблюдаемые в реакторе.
Задачей изобретения является технологическое решение, исключающее использование катализаторов и высоких температур из процесса получения углеводородов С2+, повышение селективности по углеводородам С2+ в плазме барьерного разряда и предотвращение образования углеродистых и смолистых веществ на стенках реактора.
Поставленная задача решается тем, что получение углеводородов С2+ осуществляют превращением метана в присутствии воды (жидкой и/или паров) под воздействием плазмы барьерного разряда в коаксиальном реакторе с одним диэлектрическим барьером при объемном расходе метана от 0,63 до 3,6 л·ч-1, воды от 1,3 до 6 мл·ч-1 при температуре от 25 до 120°С и времени контакта от -12 до 72 с.
Применение плазмы барьерного разряда позволяет превратить метан в углеводороды С2+ без применения катализатора, высокой температуры и при атмосферном давлении, что значительно упрощает способ получения углеводородов.
Способ иллюстрируется следующими примерами:
Пример №1. На фиг.1 представлена схема экспериментальной установки. Метан из баллона (1) направляется в блок подготовки реакционного газа (2), где смешивается с водой, далее смесь направляется в плазмохимический реактор (3), температура которого составляет ~25°С. Конструкция реактора включат диэлектрический барьер толщиной 2 мм и выполненный из кварцевого стекла, высоковольтный электрод (4), изготовленный из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, и заземленный электрод (5), состоящий из нержавеющего листа толщиной 0,3 мм. Газовый зазор между электродами составляет 2 мм, длина разрядной зоны 9 см, объем разрядной зоны реактора равен 12 см3.
Объемный расход метана составляет 1,8 л·ч-1, расход воды равняется 6 мл·ч-1, время контакта реакционной смеси с разрядной зоной реактора составляет 24 с.
Возбуждение разряда осуществляют высоковольтными импульсами напряжения, подаваемыми от генератора (6), амплитуда которых составляет ~9,8 кВ; частота повторения импульсов напряжения ~11,7 кГц; активная мощность разряда равняется ~72 Вт. Измерения сделаны через блок деления напряжения (7) с помощью цифрового осциллографа (8), соединенного с компьютером (9). На фиг.3 представлена осциллограмма высоковольтных импульсов напряжения и тока разряда. Обработанный газ на выходе из реактора направляется на анализ в газовый хроматограф (10).
Блок подготовки реакционного газа (фиг.2а) состоит из перистальтического насоса (11), дозирующего воду при ~25°С, и смесителя (12), где происходит смешение метана и воды. Барьерный разряд обеспечивает равномерное распределение воды по стенкам реактора.
Реакционный газ состоит из метана - 99,3%, примеси воздуха - 0,1% и газообразных паров воды - 0,6%. Его превращение приводит к образованию целевых продуктов - углеводородов С2+, водорода и оксида углерода (IV), не наблюдается образование сажи или смолистых - углеродистых образований на стенках реактора.
Селективность образования углеводородов С2+ составила 97,3 моль %, из них С2 - 71,2 (этан 69,1; этилен 1,5; ацетилена 0,6); С3 - 20,3 (пропан 20,2; пропилен 0,1); C4 - 4,3 (изобутан 2,0; бутан 2,3); C5 - 1,5 и другие - 2,7 (H2 ~1,2; СО2 - 1,5). Конверсия метана составила 6,5 моль %.
Пример №2. Получение углеводородов C2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением объемного расхода подачи воды, который составляет 3 мл·ч-1.
Селективность по углеводородам С2+ составляет 98,3 моль % (этан 66,9; этилен - 2,2; ацетилен 0,8; пропан 20; пропилен 0,4; изобутан 2; бутан 4,4; пентаны 1,6), конверсия метана составила 7,6 моль %.
Пример №3. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением блока подготовки реакционного газа (фиг.2б). Метан из баллона с объемным расходом, равным 1,8 л·ч-1, проходит через емкость с водой (13) при ~25°С, насыщается парами воды и далее направляется в реактор, объемный расход воды при данных условиях составил ~1,3 мл·ч-1.
Селективность по углеводородам С2+ составляет 98,6 моль % (этан 64,9; этилен 3,7; ацетилен 1,2; пропан 22,5; пропилен 0,7; изобутан 1,9; бутан 2,3; пентаны 1,6), конверсия метана составила 7,0 моль %.
Пример №4. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением блока подготовки реакционного газа (фиг.2в). Метан из баллона направляют в смеситель (12), где он смешивается с парами воды, поступающими из печки (14), разогретой до 120°С, в которую подается вода с объемным расходом 3 мл·ч-1 с помощью перистальтического насоса (11). Далее парогазовая смесь по подогреваемому до 120°С тракту (15) поступает в реактор.
Селективность по углеводородам С2+ составляет 97,8 моль % (этан 68,1; этилен 1,8;
ацетилен 0,5; пропан 20,4; пропилен 0,2; изобутан 2,1; бутан 2,5; пентаны 1,5), конверсия метана составила 6,6 моль %.
Пример №5. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением объемного расхода метана, равного 3,6 л·ч-1, и времени контакта реакционного газа с разрядной зоной реактора - 12 с.
Селективность по углеводородам С3+ составляет 98,2 моль % (этан 66,7; этилен 2,0; ацетилен 0,9; пропан 21,5; пропилен 0,4; изобутан 1,9; бутан 3,1; пентаны 1,7), конверсия метана составила 3,4 моль %.
Пример №6. Получение углеводородов C2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением объемного расхода метана, который составляет 0,63 л·ч-1, времени контакта реакционного газа с разрядной зоной реактора - 72 с.
Селективность по углеводородам С2+ составляет 97,4 моль % (этан 62,8; этилен 2,1; ацетилен 0,8; пропан 22,0; пропилен 0,6; изобутан 3,6; бутан 4,5; пентаны 2,3), конверсия метана составила 11,1 моль %.
Пример №7. Получение углеводородов С2+ осуществляют в условиях, аналогичных описанным в примере 1, за исключением состава реакционного газа, в реактор поступает чистый метан с объемным расходом 1,8 л·ч-1.
Превращение метана в данных условиях приводит к образованию углеродистых - смолистых веществ на поверхности электродов в разрядной зоне.
Селективность продуктов по углеводородам С2+ составляет 98,8 моль % (этан 62,6; этилен 4,3; ацетилен 2,5; пропан 21,9; пропилен 1,4; изобутан 1,7; бутан 3,6; пентаны 1,3), конверсия метана составляет 6,3 моль %, расчет сделан без учета углеродистых - смолистых образований.
Как видно из примеров и таблицы, предложенный способ превращения метана в присутствии воды под воздействием плазмы барьерного разряда превосходит прототип тем, что получение углеводородов С2+ осуществляется без применения катализатора и высокой температуры. Превосходит аналог по селективности образования углеводородов С2+ и протекает без образования углеродистых - смолистых веществ на стенках реактора.
Наиболее удачное технологическое решение наблюдается в примере 6 для варианта смешения воды и метана, изображенного на фиг.2а, объемном расходе метана 0,63 л·ч-1, воды - 3 мл·ч-1, времени контакта реакционного газа с разрядной зоной реактора - 72 с. В этом случае достигается максимальная конверсия метана 11,1 моль %. Селективность по углеводородам С2+ составляет 97,4 моль %.
Claims (1)
- Способ получения углеводородов С2+ превращением метана в коаксиальном реакторе с одним диэлектрическим барьером под действием плазмы барьерного разряда, отличающийся тем, что превращение метана осуществляют в присутствии воды при объемном расходе метана от 0,63 до 3,6 л·ч-1, воды от 1,3 до 6 мл·ч-1 при температуре ее подачи в реактор от 25°С до 120°С, времени контакта реакционной смеси с разрядной зоной реактора от 12 до 72 с.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112585/04A RU2466977C1 (ru) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Способ получения углеводородов c2+ из метана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011112585/04A RU2466977C1 (ru) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Способ получения углеводородов c2+ из метана |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011112585A RU2011112585A (ru) | 2012-10-10 |
RU2466977C1 true RU2466977C1 (ru) | 2012-11-20 |
Family
ID=47079136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011112585/04A RU2466977C1 (ru) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Способ получения углеводородов c2+ из метана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2466977C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024009192A2 (en) | 2022-07-06 | 2024-01-11 | Dereroy & Co., A.S. | Method of homolytic and heterolytic cleavage in molecules of gases and liquids |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU172766A1 (ru) * | Н. С. Печуро, Э. Я. Гродзинский, О. Ю. Песин , Р. И. Эстрин | Способ получения ацетилена и олефинов | ||
RU2149884C1 (ru) * | 1999-01-06 | 2000-05-27 | Открытое акционерное общество "Томскгазпром" | Способ конверсии легких углеводородов в более тяжелые |
CN1390634A (zh) * | 2002-02-07 | 2003-01-15 | 天津大学 | 多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2078117C1 (ru) * | 1993-12-29 | 1997-04-27 | Закрытое акционерное общество "Синплаз" | Способ плазмохимического пиролиза углеводородов |
-
2011
- 2011-04-01 RU RU2011112585/04A patent/RU2466977C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU172766A1 (ru) * | Н. С. Печуро, Э. Я. Гродзинский, О. Ю. Песин , Р. И. Эстрин | Способ получения ацетилена и олефинов | ||
RU93057864A (ru) * | 1993-12-29 | 1997-01-20 | Акционерное общество "Ацетилен" | Способ плазмохимического пиролиза углеводородов, преимущественно для получения ацетилена |
RU2149884C1 (ru) * | 1999-01-06 | 2000-05-27 | Открытое акционерное общество "Томскгазпром" | Способ конверсии легких углеводородов в более тяжелые |
CN1390634A (zh) * | 2002-02-07 | 2003-01-15 | 天津大学 | 多尖端的多个圆盘旋转电极的等离子体放电反应器 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Shigeru Kado, Yasushi Sekine, Tomohiro Nozaki, Ken Okazaki, "Diagnosis of atmospheric pressure low temperature plasma and application to high efficient methane conversion", Catalysis Today 89, 2004, pages 47-55. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024009192A2 (en) | 2022-07-06 | 2024-01-11 | Dereroy & Co., A.S. | Method of homolytic and heterolytic cleavage in molecules of gases and liquids |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011112585A (ru) | 2012-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Delikonstantis et al. | Low energy cost conversion of methane to ethylene in a hybrid plasma-catalytic reactor system | |
Gao et al. | Highly efficient conversion of methane using microsecond and nanosecond pulsed spark discharges | |
Wang et al. | Nanosecond pulsed plasma assisted dry reforming of CH4: The effect of plasma operating parameters | |
Indarto et al. | Effect of additive gases on methane conversion using gliding arc discharge | |
De Bie et al. | CO2 hydrogenation in a dielectric barrier discharge plasma revealed | |
Song et al. | Effect of electrical pulse forms on the CO 2 reforming of methane using atmospheric dielectric barrier discharge | |
Taghvaei et al. | Hydrogen production through plasma cracking of hydrocarbons: Effect of carrier gas and hydrocarbon type | |
Liu et al. | Methane conversion to higher hydrocarbons in the presence of carbon dioxide using dielectric-barrier discharge plasmas | |
Liu et al. | Nonoxidative methane conversion to acetylene over zeolite in a low temperature plasma | |
Khalifeh et al. | Extra pure hydrogen production through methane decomposition using nanosecond pulsed plasma and Pt–Re catalyst | |
Shapoval et al. | Investigation on plasma‐driven methane dry reforming in a self‐triggered spark reactor | |
Sun et al. | Large capacity hydrogen production by microwave discharge plasma in liquid fuels ethanol | |
Ulejczyk et al. | Hydrogen production from ethanol using dielectric barrier discharge | |
Nguyen et al. | Combination of plasmas and catalytic reactions for CO2 reforming of CH4 by dielectric barrier discharge process | |
Aleknaviciute et al. | Methane decomposition under a corona discharge to generate COx-free hydrogen | |
Kheirollahivash et al. | Hydrogen production from methane decomposition using a mobile and elongating arc plasma reactor | |
Hooshmand et al. | Hexadecane cracking in a hybrid catalytic pulsed dielectric barrier discharge plasma reactor | |
Ni et al. | Reforming of methane and carbon dioxide by DC water plasma at atmospheric pressure | |
Du et al. | Plasma reforming of bio-ethanol for hydrogen rich gas production | |
Moshrefi et al. | Methane conversion to hydrogen and carbon black by DC-spark discharge | |
Hu et al. | Conversion of methane to C2 hydrocarbons and hydrogen using a gliding arc reactor | |
Fan et al. | COx-free co-cracking of n-decane and CH4 to hydrogen and acetylene using pulsed spark plasma | |
Xin et al. | Characteristics and pathways of hydrogen produced by pulsed discharge in ethanol-water mixtures | |
Biniwale et al. | Hydrogen production by reforming of iso-octane using spray-pulsed injection and effect of non-thermal plasma | |
Ulejczyk et al. | Hydrogen production from ethanol using a special multi-segment plasma-catalytic reactor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160402 |