Получение жидких углеводородов из газа в барьерном разряде

андрейсан

Всем привет!

"Поэтому в целом барьерный разряд обладает полимеризующим действием.
Например, из газообразных углеводородов образуются различные жидкие и твёрдые углеводороды.

Так, Линд и Глоклер показали, что при пропускании метана через 11 последовательно соединённых озонаторов около 40% газа превращается в жидкие углеводороды. Сходные результаты были получены и для пропана."

Источник http://texnoved.ru/poluchenie-topliva-v-bariernom-razriade/

Кто-нибудь пробовал на практике описанную технологию?
Может у кого есть более подробное описание для повторения?

Добавлено: Sun Feb 09, 2020 1:50 pm

Shah

любопытно, но кпд похожи в жопе, собсна как и при применении озонатора по прямому назначению

Добавлено: Sun Feb 09, 2020 2:59 pm

Vcoder
Магистр

ХЗ как насчёт барьерного разряда, не пробовал, но из дуги в среде изобутана вовсю летит пиролизная сажа.

Добавлено: Sun Feb 09, 2020 7:21 pm

андрейсан

В дуговом, как и в тлеющем разряде, идёт крекинг, или пиролиз. Состав продуктов, образующихся в этих формах разряда из метана: ацетилен, этилен, водород и углерод.

Барьерный разряд обладает полимеризующим действием.
Состав продуктов, образующихся из метана в барьерном разряде, близок к составу продуктов фотолиза и радиолиза метана: этан, пропан, водород, конденсирующиеся вещества.

Добавлено: Wed Feb 19, 2020 1:45 pm

Денис

Там много УФ + озон, думается мне что просто мощная УФ-лампа будет тоже неплохо работать в этом направлении..

Добавлено: Wed Feb 19, 2020 6:09 pm

Кейс

Для озона нужен кислород, а с углеводородами это сомнительное соседство...

Добавлено: Wed Feb 19, 2020 8:36 pm

sergh

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BD...D0%B8%D0%B2%D0%BE

Добавлено: Wed Feb 19, 2020 9:36 pm

Vcoder
Магистр

андрейсан писал(а):
Состав продуктов, образующихся из метана в барьерном разряде, близок к составу продуктов фотолиза и радиолиза метана: этан, пропан, водород, конденсирующиеся вещества.
А что получится из изобутана, который туристических баллончиках?

Добавлено: Wed Feb 19, 2020 9:49 pm

андрейсан

Думаю, тоже, что и из любых газообразных углеводородов в барьерном разряде.
В итоге должны получиться: смесь жидких углеводородов, водород и твёрдые углеводороды в виде полимерной плёнки на внутренних стенках озонатора, если не обеспечить быстрый вывод жидких продуктов из зоны реакции.
Теоретически конечно).

Добавлено: Fri Feb 21, 2020 4:51 pm

wolfsangel

Писал магистрскую работу по схожей теме. Все что надо знать - там все протекает по свободно радикальному механизму. Отсюда и полимеризация. Если попадет вода, или воздух, скорее всего присоеденится OH группа, далее спирты перейдут в кетоны и так далее. Если перебрать со временем то дойдет до щавелевой кислоты. Основная проблема - образуются и нитросоединения при ионизации азота, и то, что получается херова тьма соединений, а не пара конкретных. Разложив тот же пентан, в DBD, и проверив на GC/MS, увидели более 20 продуктов, и это основных, т. е. на хроматограммах под большими пиками сидит еще куча говна, которую просто не расшифровать.
Да. Водород тоже есть но мало. Больше его получается в дуге или в скользящем разряде. Там температура больше плюс плотность ионов выше. В DBD и короне ионов мало, но энергия больше и позволяет ионизировать вещества с большим пот. ионизации.

Добавлено: Mon Feb 24, 2020 9:02 am

Shah

а есть какой нибудь способ увеличения селективности (хотя чувствую что нет), можит катализатор какой нибудь заюзать...

Добавлено: Mon Feb 24, 2020 1:50 pm

Денис

Барьерный разряд с никелевой проволоки? Smile

Добавлено: Mon Feb 24, 2020 4:29 pm

wolfsangel

Из того, что я сам заметил. Механизмы регулировки есть, но они относительны.
1. Контроль напряжения - можно избежать ионизации того же азота, и ионизировать кислород воздуха, к примеру.
2. Расстояние между электродами - неясно как, но влияет.
3. Состав газовой среды, в которой идёт реакция. К примеру тот же CO2 тоже даёт радикалы, но он даёт, что логично, при присоединении отличные продукты, чем атомарный кислород. Если не ошибаюсь, то он вызывал меньшую деградацию органики.
4. Можно пытаться ионизировать элегаз, но там вообще вроде трэш в реакциях получается.
5. Катализатор: Диэлектрический барьер из керамики, с некоторой пористостью. Или сама керамика катализатор, или напыление на ней в виде катализатора.
6. Изменение диэлектрика - всякие микроячейки для разряда.
7. Выдувание продуктов из зоны разряда, разделение, ввод обратно.
8. Всё это относительно, т.к. свободнорадикальные реакции всегда дают смеси говна, а не выход одного продукта. Тем паче, предложенное в первом посту - озонаторы - больше разрушают, чем создают.
9. Можно пытаться внести в реакцию бензол, антрацен и т.д. Их кольцо труднее разорвать (хотя мне удавалось), и их молекулярная масса увеличится (см. картинку из лит-ры).
10. Немного непясная картинка, т.к. работу писал не на русском, но должно быть понятно - к примеру продукты деградации n - пропанола. Если что неясно - спрашивайте.
11. В коронном разряде КПД меньше, но реакция спокойнее и там продукты в клочья не рвёт. Можно делать хоть в бутылке. Я делал в паровой фазе. Корона переменная самая нежная, потом идёт постоянка, потом пульсирующие разряды.

Добавлено: Mon Feb 24, 2020 9:45 pm

corona.png (488.83 Кб)

benzene.png (19.76 Кб)

n-propanole.png (12.86 Кб)

андрейсан

Применение катализаторов сведёт на нет основное преимущество полимеризации газов в плазме. В том смысле, что для реакции не требуются катализаторы.

Из разных источников в нете говорится, что энергозатраты на получение жидких углеводородов из метана в барьерном разряде составят от (1 кВт·час/кг) до (100 кВт·час/кг). Уж очень большая разбежка.
Может кто-нибудь посчитать минимально возможные затраты электроэнергии на получение 1кг. допустим пентана из метана в барьерном разряде? Так сказать для идеальных условий проведения реакции.

Добавлено: Tue Feb 25, 2020 1:08 am

wolfsangel

В дуговом, как и в тлеющем разряде, идёт крекинг, или пиролиз. Состав продуктов, образующихся в этих формах разряда из метана: ацетилен, этилен, водород и углерод.

Не соглашусь. Один разряд - холодная плазма, второй горячая. Разные свойства, различные механизмы реакций. Предлагаю остановиться на холодной плазме, она интереснее с точки зрения химии.

Из разных источников в нете говорится, что энергозатраты на получение жидких углеводородов из метана в барьерном разряде составят от (1 кВт·час/кг) до (100 кВт·час/кг). Уж очень большая разбежка.
Может кто-нибудь посчитать минимально возможные затраты электроэнергии на получение 1кг. допустим пентана из метана в барьерном разряде? Так сказать для идеальных условий проведения реакции

Сомневаюсь, что это возможно, даже эмпирически. Слишком много факторов. Проще сделать реактор и узнать фактическую величину.
Не думаю, что пентан выйдет синтезировать.Т.к. реакции идут по радикальному механизму, то как правило, происходит присоединение к наиболее стабильной форме радикала. Очень грубо говоря, к наиболее замещённому атому углероду. А это значит, что после образования пропана, скорее всего будет расти не бутан, а изобутан. Цепочка алкана будет больше удлиняться из-за сферических факторов, когда два больших радикала не смогут подойти друг к другу, т.к. просто мешает их форма и боковые отростки.

Там много УФ + озон, думается мне что просто мощная УФ-лампа будет тоже неплохо работать в этом направлении.
Процесс образования радикалов происходит не только из-за удара электроном в атом, но из-за ультрафиолета производимого в разряде, теоретически, да, можно соединять органику. Но, обычные алканы не поглащают ультрафиолет и ионизироваться почти не будут. Надо органику с двойными связями, они являются хромофорами, как сырьё использовать тот же этилен, ацетон и прочую ересь. Плюс открытие двойной связи почти всегды вызывает полимеризацию.

Добавлено: Tue Feb 25, 2020 2:12 pm

Vcoder
Магистр

wolfsangel писал(а):
1. Контроль напряжения - можно избежать ионизации того же азота, и ионизировать кислород воздуха, к примеру.
О! А где можно об этом узнать поподробнее?
Другими словами, на какое напряжение оптимально настраивать озонатор, чтоб выход озона был уже большой, а NO2 ещё не начал активно образовываться.

Добавлено: Tue Feb 25, 2020 9:41 pm

wolfsangel

Ну 100 % убрать окислы азота не выйдет, но теория такая, что у каждой молекулы свой потенциал ионизации. У кислорода он меньше чем у азота (у азота он вообще большой, за счёт тройной связи и приближается к аргону), поэтому нужно использовать минимальное напряжение, при котором еще идёт озон. Правда при этом выход озона тоже меньше, чем мог бы быть.
Рискую спиздеть, но вроде как окислы азота пёрли примерно с 15 киловольт, а озон уже шёл с с каких 12-13.

Добавлено: Tue Feb 25, 2020 10:54 pm

Vcoder
Магистр

wolfsangel писал(а):
озон уже шёл с с каких 12-13
Странно. Замерял шариковым разрядником напряжение на своём озонаторе (вот таком: https://www.aliexpress.com/item/32661808856.html) с одной подключенной пластиной из двух. Получилось в районе 7,0 - 7,3 кВ. Может свойства диэлектрика (диэлектрическая проницаемость и пр) тоже имеют значение?

Добавлено: Wed Feb 26, 2020 11:19 am

Shah

а откуда там вообще азот возмется, если его (или воздух) специально не добавлять?

Добавлено: Thu Feb 27, 2020 6:04 am

wolfsangel

Vcoder писал(а):
Странно. Замерял шариковым разрядником напряжение на своём озонаторе (вот таком: https://www.aliexpress.com/item/32661808856.html) с одной подключенной пластиной из двух. Получилось в районе 7,0 - 7,3 кВ. Может свойства диэлектрика (диэлектрическая проницаемость и пр) тоже имеют значение?

Сам таких эксперементов не делал, это было в какой-то публикации. Хотя тоже замечал, что озон вообще походу при любых искрах лезет.

Добавлено: Thu Feb 27, 2020 12:48 pm

Ivani

https://ru.wikipedia.org/wiki/Озон я правильно понимаю, что при свободном пробеге 12,5 В носителя заряда через воздух будет образовываться озон?

И озон "Токсичность сильнодействующий яд, обладающий раздражающим, канцерогенным и мутагенным действием"

Добавлено: Thu Feb 27, 2020 1:55 pm

Vcoder
Магистр

"Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механизм)". Разумовский С. Д., Заиков Г. Е. / М., Наука, 1974, 322 с.

Добавлено: Thu Feb 27, 2020 3:18 pm

Айнцвайдрайченко

wolfsangel писал(а):
Контроль напряжения - можно избежать ионизации того же азота, и ионизировать кислород воздуха, к примеру.
Присоединяюсь к вопросу Vcoder'а, но с противоположной целью:
как избежать ионизации азота и ионизировать кислород, с минимальным выходом озона, при применении ионизатора?

Добавлено: Thu Feb 27, 2020 3:36 pm

Hercules13

Айнцвайдрайченко писал(а):
Присоединяюсь к вопросу Vcoder'а, но с противоположной целью:
как избежать ионизации азота и ионизировать кислород, с минимальным выходом озона, при применении ионизатора?
Практически никак из-за того что энергия ионизации азота и кислорода очень близки. Но теоретически - это контроль напряжения.

Добавлено: Sat Feb 29, 2020 9:24 pm

Кейс

Может быть разлагать озон катализатором? Оксид марганца, насколько я помню, рвёт озон очень хорошо.
Во вложении интересная книжка про озон

Добавлено: Sat Feb 29, 2020 11:53 pm

.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона (1998).djvu (9.08 Мб)
Лунин В.В., Попович М.П., Ткаченко С.Н. Физическая химия озона (1998).djvu