ПРЯМАЯ КОНВЕРСИЯ ПРОПАН–БУТАНОВОЙ ФРАКЦИИ В МЕТАНОЛ

Иджагбуджи А.А., Целищев А.Б., Лория М.Г., Федотов Р.Н.

Технологический Институт СНУ имени В. Даля (г. Северодонецк).

 

В данной работе разработан способ синтеза метанола из алканов с использованием динамической кавитации перекисью водорода, который характеризуется простотой и достаточной эффективностью. Pазработка технологических основ процесса неполного окисления пропан–бутановой фракции (C3–C4) в метанол на основе реакций с гидроксильным радикалом и технологии, реализующей эти процессы, которая характеризуется простой технологической схемы и аппаратурного оформления, низкой энергоемкостью, и улучшенными технико-экономическими и экологическими показателями. В работе [1] показано, что одним из самых эффективных активаторов углеводородов является гидроксильный радикал. В работе [2] проведен анализ способов получения гидроксильного радикала в промышленных условиях путем воздействия различных физических факторов. При работе с метанолом наиболее приемлемым является кавитационный способ получения гидроксильного радикала. В качестве генератора гидроксильных радикалов в данном случае предлагается процесс динамической кавитации перекиси водорода [3].

Механизм процесса. На первом этапе перекись водовода под действием динамической кавитации разлагается на два радикала •OН.

Н2O2 + кавитация → 2 •ОH                      (1)

При взаимодействии генерированного •OH-радикала с молекулой алкана образуется алкильный радикал и молекула воды:

CnH2n+2 + •OН→ •CnH2n+1 + H2O       (n = 3, 4)      (2)

Последующий гомолитический разрыв С–С связи алкильного радикала с образованием алкенов и нового радикала является хорошо известным радикально-цепным процессом в термическом крекинге. В условиях нашего

процесса селективность образования радикалов •СН3 близка к 99 % [4]:

•CnH2n+1 → •СН3 + Cn-1H2n-2   (n = 3, 4)               (3)

Замыкает цикл реакция синтеза метанола [5].     

               •СН3 + •OН → СН3OН.                        (4)

Реактор состоит из верхней и нижней части – 1 и 2, которые соединены между собой при помощи фланцевого соединения 3. В верхней части реактора расположен входной патрубок 4 линии высокого давления, по которому в реактор подается смесь алканов и раствора перекиси водорода. На форсунке 5 эта смесь дросселируется до давления, при котором начинается процесс кавитации. Кавитированный таким образом поток направляется на конусоподобное препятствие 6, на котором за счет деформации потока происходит вторая волна кавитации. В верхней части реактора 1 протекают реакции гидроксильного радикала с углеводородами. Далее реакционная смесь через сетчатую решетку 7 и диффузор 8 собирается в нижней части реактора 2. Установка работает следующим образом. Алканы всасываются насосом высокого давления 6 и смешивается с водным раствором перекиси водорода, который подается через регулирующий вентиль 1 и ротаметр 2. С давлением ~ 16 МПа и расходом ~ 5 л/минуту, реакционная смесь подается в кавитационный реактор.

В случае переработки пропан–бутановой фракции исходный газ брался из баллона с пропан–бутановым газом и через редуктор подавался на лабораторную установку. Избыточное давление газа в сети составляло не более 0,03 МПа. В реакторе проходят процессы по уравнениям (1) – (4). С выхода реактора продукты реакции отводятся в приемную емкость 8, где они отстаиваются и в последующем разделяются. В случае если степень превращения углеводородного сырья недостаточна, она может быть повторно.

 

Схема лабораторной установки переработки углеводородного сырья, которая работает по кавитационному способу: 1, 10, 11– регулирующий вентиль, 2– ротаметр, 3– форсунка, 4–кавитационный реактор, 5–конусообразное препятствие, 6–насос высокого давления, 7, 8–емкости с раствором перекиси водорода и сырьем, 8–емкость для продуктов реакции.

 

Выводы:

1. Разработана конструкция реакционного аппарата и технологическая схема лабораторной и полупромышленной установки синтеза метанола, которые позволили достичь ~10 % степени конверсии пропан-бутановой фракции в метанол за один проход при полном отсутствии побочных продуктов реакции.

2. Впервые предложено получать метанол непосредственно из пропан-бутановой фракции путем динамической кавитации его с перекисью водорода. Обоснован механизм процесса. Разработана конструкция кавитационного реактора.

Літературa:

1. Целищев А.Б. Физико-химические основы фото-автокаталитического процесса окисления метана в метанол / А.Б. Целищев, О.И. Захарова, М.Г. Лория, И.И. Захаров // Вопр. химии и химтехнологии. – 2009. –№. 4. –С. 43–55.

2. Целищев А.Б. Анализ физико-химических методов получения гидроксильного радикала / А.Б.Целищев, М.Г.Лория, И.И.Захаров // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». – 2011. –№. 65. –С. 111–124.

3. Асеев Д.Г. Детектирование ОН радикалов в процессе гидродинамической кавитации и в сонореакторе люминисцентными методами / [Д.Г. Асеев, Р.М. Кенжин, В.О. Стояновский, А.А. Батоева, А.М. Володин] // Тезисы XXIII симпозиума «Современная химическая физика» 23 Cентября – 04 Oктября 2011 г. Туапсе (Россия): Из-во МГУ, 2011. –С. 81–83.

4. Ivan I. Zakharov, Ayodeji A. Ijagbuji, Alexei B. Tselishtev, Marina G. Loriya, Roman N. Fedotov, The new pathway for methanol synthesis: Generation of methyl radicals from alkanes // Journal of Environmental Chemical Engineering –№ 3 (2015) –p. 405 – 412.

5. Целищев А.Б. Кавитационный способ повышения качества моторных топлив / А. Б. Целищев, И. И. Захаров, М. Г. Лория, П. Й. Елисеев, В. А. Носач, А. А. Иджагбуджи // Хімічна промисловість України. – 2014. –№ 2 (121). –C. 39–42.