Гібридне плазмово-каталітичне реформування етанолу

 

О.А. Недибалюк, І.І. Федірчик, В.Я. Черняк, Т.А. Терещенко, П.В. Тищук

 

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна

 

Гібридний плазмово-каталітичний підхід дозволяє проводити хімічні перетворення складної сировини за нерівноважних умов та низьких температур, що робить його перспективним для створення технологій які відповідають принципам зеленої хімії. У випадку вуглеводневої сировини цей підхід є основою гібридного плазмово-каталітичного реформування. Дослідження гібридного плазмово-каталітичного реформування показали, що воно є ефективним методом отримання синтез-газу з вуглеводнів. Однак, більшість аспектів цього процесу та вплив на нього зовнішніх факторів залишаються недослідженими. Важливим параметром є температура за якої відбувається гібридне плазмово-каталітичне реформування. Тому ця робота спрямована на дослідження температури всередині реакційної камери системи для гібридного плазмово-каталітичного реформування вуглеводнів з використанням методу оптичної емісійної спектроскопії та за допомогою термопари, введеної всередину реакційної камери.

Система для реформування складається зі з’єднаних між собою розрядної та реакційної камер. Модельним вуглеводнем був етанол (С₂Н₅ОН), а модельний окисником – атмосферне повітря. гібридне плазмово-каталітичне реформування етанолу проводилось за співвідношень С₂Н₅ОН:О₂ 1:1, 2:1, 5:2. Співвідношення С₂Н₅ОН:О₂ = 2:1 відповідає стехіометрії реакції з частковим окисленням етанолу. Потік повітря необхідний для проведення реформування було розділено між розрядною та реакційною камерами. Частина потоку повітря активувалася розрядом та ставала джерелом активних частинок необхідних для проведення гібридного плазмово-каталітичного реформування етанолу. Після активації в розрядній камері повітря вводилося в реакційну камеру у вигляді плазмового факелу. Решта повітряного потоку змішувалася з етанолом та вводилася в систему через верх реакційної камери. У обох камерах введення потоку повітря відбувалося по дотичній до їхніх стінок. Потік повітря у розрядній камері утворював вихровий потік, а потік повітря у реакційній камері утворював зворотно-вихровий потік типу торнадо.

Для визначення обертової та коливної температури за заселенням збуджених рівнів гідроксилу ОН використовувалось порівняння емісійних спектрів плазми в реакційній камері зі змодельованими за допомогою програми Specair 2.2 емісійних спектрів гідроксилу ОН. Для вимірювання температури газу всередині реакційної камери використовувалась термопара ХА вкрита діелектриком (тонкою керамікою). Термопара була введена в реакційну камеру вздовж її вісі. Температура вимірювалась на відстанях h (10-65 мм) від дна реакційної камери.

Виявлено не больцманівський розподіл збуджених молекул OH за коливними енергетичними рівнями під час гібридного плазмово-каталітичного реформування етанолу у синтез-газ при співвідношенні С₂Н₅ОН:О₂ – 1:1, 2:1, 5:2 (С₂Н₅ОН:О₂=2:1 відповідає стехіометрії реформування етанолу з частковим окисленням). Це може вказувати на значну роль коливних збуджень молекул реагентів у реакціях, що протікають під час гібридного плазмово-каталітичного реформування збагачених сумішей.