Закономерности образования продуктов холоднопламенного окисления богатых пропан-кислородных смесей в двухсекционном реакторе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние соотношения исходных реагентов на стабилизированное холодное пламя богатых пропан-кислородных смесей. Установлено, что с повышением концентрации пропана в исходной смеси его расход, а также концентрация пропилена достигают максимума при соотношении C3H8 : O2 = 1 : 1. При этом селективность образования пропилена достигает максимума при C3H8 : O2 = 4 : 1. Показано, что повышение концентрации пропана в исходной смеси повышает выход метана, но снижает выход пропилена, этилена, водорода, CO, CO2, метанола, формальдегида и ацетальдегида. При соотношении C3H8 : O2 = 6 : 1 в продуктах реакции обнаружен также этан. Квантовохимическим методом CBS-QB3 проанализирована возможность образования этанола в реакциях этоксильного и гидроксиэтильного радикалов с ацетальдегидом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. М. Погосян

Институт химической физики им. А.Б. Налбандяна Национальной академии наук Республики Армения

Email: strekova@bk.ru
Армения, Ереван

М. Дж. Погосян

Институт химической физики им. А.Б. Налбандяна Национальной академии наук Республики Армения

Email: strekova@bk.ru
Армения, Ереван

А. Г. Давтян

Институт химической физики им. А.Б. Налбандяна Национальной академии наук Республики Армения

Email: strekova@bk.ru
Армения, Ереван

С. Д. Арсентьев

Институт химической физики им. А.Б. Налбандяна Национальной академии наук Республики Армения

Email: strekova@bk.ru
Армения, Ереван

Л. Н. Стрекова

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: strekova@bk.ru
Россия, Москва

В. С. Арутюнов

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Email: strekova@bk.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Погосян Н.М., Погосян М. Дж., Шаповалова О.В. и др. // Технологическое горение / Под. ред. Алдошина С.М., Алымова М.И., Арутюнова В.С. и др. М.: Российская академия наук. 2018. С. 114. https://doi.org/10.31857/S9785907036383000005
  2. Погосян Н.М., Погосян М.Дж., Стрекова Л.Н. и др. // Хим. физика. 2015. Т. 34. № 3. С. 35. https://doi.org/10.1134/S1990793115020104
  3. Погосян Н.М., Погосян М.Дж., Арсентьев С.Д. и др. // Хим. физика. 2015. Т. 34. № 4. С. 29. https://doi.org/10.7868/S0207401X15040147
  4. Grigoryan R.R., Arsentev S.D. // Pet. Chem. 2020. V. 60. № 2. P. 187. https://doi.org/10.1134/S096554412002005X
  5. Pogosyan N.M., Pogosyan M.Dj., Arsentiev S.D. et al. // Petr. Chem. 2020. V. 60. № 3. P. 316. https://doi.org/10.1134/S0965544120030172
  6. Арсентьев С.Д., Тавадян Л.А., Брюков М.Г. и др. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 11. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0207401X22110024
  7. Паланкоева А.С., Беляев А.А., Арутюнов В.С. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 6. С. 7. https://doi.org/10.31857/S0207401X22060097
  8. Брюков М.Г., Беляев А.А., Захаров А.А., Арутюнов В.С. // Кинетика и катализ. 2022. Т. 63. № 6. С. 736. https://doi.org/10.31857/S045388112206003X
  9. Shtern V.Ya. Oxidation of Hydrocarbons. Oxford, London, New York: Pergamon Press, 1964.
  10. Prettre M. // Bul. Soc. Chim. Fr. 1932. Ser. 4. V. 41. № 9. P. 1132.
  11. Knox J.H., Norrish R.G.W. // Trans. Far. Soc. 1954. V. 50. № 9. P. 928.
  12. Hughes R., Simmons R.F. // Combust and Flame. 1970. V. 14. № 1. P. 103.
  13. Ouellet L., Leger E., Ouellet C. // J. Chem. Phys. 1950. V. 18. P. 383. https://doi.org/10.1063/1.1747636
  14. Unusual “cool flames” discovered aboard International Space Station. https://new.nsf.gov/news/unusual-cool-flames-discovered-aboard.
  15. Lin K.C., Chiu Ch.-T. // Fuel. 2017. V. 203. P. 102. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2017.04.064
  16. Liu J., Yu R., Ma B. // ACS Omega 2020. V. 5. P. 16448.
  17. Titova N.S., Kuleshov P.S., Starik A.M. // Combust. Explosion, Shock Waves. 2011. V. 47. № 3. P. 249. https://doi.org/10.1134/S0010508211030014
  18. Погосян Н.М., Погосян М.Дж., Арсентьев С.Д., Стрекова Л.Н., Арутюнов В.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 9. С. 47. https://doi.org/10.31857/S0207401X2309008X
  19. Манташян А.А. // Хим. физика. 2021. T. 40. № 4. С. 18. https://doi.org/10.31857/S0207401X21040105
  20. Трошин К.Я., Рубцов Н.М., Цветков Г.И., Черныш В.И. // Хим. физика. 2022. Т. 41. № 1. С. 25. https://doi.org/10.31857/S0207401X22010162
  21. Манташян А.А., Гукасян П.С. // ДАН СССР. 1977. Т. 234. № 2. С. 379.
  22. Mantashyan A.A., Gukasyan P.S., Sayadyan R.H. // React. Kinet. Cat. Lett. 1979. V. 11. P. 225. https://doi.org/10.1007/BF02067830
  23. Pogosyan M.J., Aliev R.K., Mantashyn A.A. // React. Kinet. Cat. Lett. 1985. V. 27. № 2. P. 437. https://doi.org/10.1007/BF02070490
  24. Simonyan T.R., Mantashyan A.A. // React. Kinet. Cat. Lett. 1981. V. 17. № 3–4. P. 319.
  25. Симонян Т.Р., Манташян А.А. // Арм. хим. журн. 1979. Т. 32. № 10. С. 757.
  26. Carlier M., Sochet L.-R. // Combust and Flame. 1978. V. 33. № 1–4. P. 1. https://doi.org/10.1016/0010-2180(78)90039-1
  27. Pauwels J.F., Carlier M., Devolder P., Sochet L.-R. // Combust and Flame. 1990. V. 82. № 2. P. 163. https://doi.org/10.1016/0010-2180(90)90095-9
  28. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman, J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A.V., Bloino J., Janesko B.G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H.P., Ortiz J.V., Izmaylov A.F., Sonnenberg J.L., Williams-Young D., Ding F., Lipparini F., Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T., Ranasinghe D., Zakrzewski V.G., Gao J., Rega N., Zheng G., Liang W., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Throssell K., Montgomery J.A. Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M.J., Heyd J.J., Brothers E.N., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T.A., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A.P., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Millam J.M., Klene M., Adamo C., Cammi R., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Farkas O., Foresman J.B., Fox D.J. Gaussian 16. Rev. C.01. Wallingford CT: Gaussian, Inc., 2016.
  29. Dennington R., Keith T.A., Millam J.M. GaussView. Ver. 6.1, Shawnee Mission, KS: Semichem Inc., 2019.
  30. Григорян Р.Р., Арсентьев С.Д., Манташян А.А. // Физика горения и взрыва. 1981. № 3. С. 36.
  31. Поладян Е.А., Григорян Г.Л., Хачатрян Л.А., Манташян А.А. // Кинетика и кататализ. 1976. Т. 17. № 2. С. 304.
  32. Григорян Р.Р., Арсентьев С.Д., Манташян А.А. // Химия и хим. технология. 1983. № 2. С. 15.
  33. Манташян А.А. // Хим. физика. 1996. Т. 15. № 4. С. 75.
  34. Mantashyan A.A. Khachatryan L.A. Niazyan O.M., Arsentyev S.D. // Combust. and Flame. 1981. V. 43. P. 221. https://doi.org/10.1016/0010-2180(81)90022-5
  35. Hippler H., Striebel F., Viskolcz B. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2001. V. 3. № 12. P. 2450. https://doi.org/https://doi.org/10.1039/B101376I
  36. Xu Z.F., Xu K., Lin M.C. // ChemPhysChem. 2009. V. 10. P. 972. https://doi.org/10.1002/cphc.200800719
  37. Zhang Y., Zhang S.W., Li Q.S. // Chem. Phys. 2004. V. 296. P. 79. https://doi.org/10.1016/J.CHEMPHYS.2003.09.030
  38. Манташян А.А., Арсентьев С.Д. // Кинетика и катализ. 1981. Т. 22. № 4. С. 898.
  39. Манташян А.А., Арсентьев С.Д. // Кинетика и катализ. 1981. Т. 22. № 6. С. 1389.
  40. Morris E.D., Stedman D.H., Niki H. // J. Amer. Chem. Soc. 1971. V. 93. № 15. P. 3570.
  41. Meagher J.F., Heicklen J. // J. Phys. Chem. 1976. V. 80. № 15. P. 1645.
  42. Давтян А.Г., Манукян З.О., Арсентьев С.Д., Тавадян Л.А., Арутюнов В.С. // Хим. физика. 2023. Т. 42. № 4. С. 20. https://doi.org/10.31857/S0207401X23040052
  43. Williams A.E., Hammer N.I., Tschumper G.S. // J. Chem. Phys. 2021. V. 155. № 114306. https://doi.org/10.1063/5.0062809

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние отношения пропан/кислород в исходной смеси на селективность S образования метана (1), этилена (2) и водорода (3) при окислении пропана в режиме стабилизированного холодного пламени; T = 350 °С, P = 340 Торр, τ = 18.2 с.

Скачать (59KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость на выходе из реактора парциального давления Р кислородсодержащих продуктов окисления пропана в режиме стабилизированного холодного пламени от отношения пропан/кислород в исходной смеси: 1 – CO, 2 – CH3OH, 3 – CH2O, 4 – CO2, 5 – CH3CHO; T = 350 °С, P = 340 Торр, τ = 18.2 с.

Скачать (69KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость расхода пропана ∆[C3H8] (1), парциального давления пропилена (2) и селективности его образования (3) от отношения пропан/кислород в исходной смеси; T = 350 °С, P = 340 Торр, τ = 18.2 с.

Скачать (71KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимости селективности образования S метанола (1), формальдегида (2) и ацетальдегида (3) от соотношения пропан/кислород в исходной смеси; T = 350 °С, P = 340 Торр, τ = 18.2 с.

Скачать (55KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Структуры этоксильного радикала (а), переходного состояния (б) реакции C2H5O● ↔ ●C2H4OH и гидроксиэтильного радикала (в), рассчитанные квантовохимическим методом CBS-QB3.

Скачать (56KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Диаграмма полной энергии (∆Е) для системы, описывающей взаимодействие этоксильного и гидроксиэтильного радикалов с ацетальдегидом. Реакционная система рассчитана методом CBS-QB3. Энергии показаны относительно C2H5OH + CH3CO●, CR1–[C2H5O–CH3CHO], CP1–[C2H5OH–CH3CO]_1, CR2–[C2H4OH-CH3CHO], CP2–[C2H5OH–CH3CO]_2, CP3–[CH3CHOH–CH3CHO] – пред- и постреакционным комплексным состояниям, соответствующим реагентам и продуктам реакций (3), (3а) и (3б).

Скачать (149KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024