ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО РИФОРМИНГА ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ЖИДКОЙ СРЕДЕ

LABORATORY DEVICE FOR PLASMA REFORMING OF HEAVY HYDROCARBONS IN A LIQUID MEDIUM

Evgeniya Bodrikova

student, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseeva,

Russia, Nizhny Novgorod

Anton Serov

student, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseeva,

Russia, Nizhny Novgorod

Dmitry Titov

assistant professor, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseeva,

Russia, Nizhny Novgorod

АННОТАЦИЯ

В статье описана установка, предназначенная для плазменного риформинга тяжелых углеводородов в жидкой среде. Приведены параметры электрического разряда при плазменном риформинге мазута в диапазоне напряжения 6-18 кВ. Определено влияние напряжения электрического разряда на состав продуктов в газовой фазе.

ABSTRACT

The article describes a laboratory device designed for plasma reforming of heavy hydrocarbons in a liquid medium. The parameters of the electric discharge during the plasma reforming of fuel oil in the voltage range of 6-18 kV are given. The influence of the voltage of the electric discharge on the composition of the products in the gas phase is determined.

Ключевые слова: тяжелые углеводороды; плазма; электрический разряд.

Keywords: heavy hydrocarbons; plasma; electrical discharge.

В современной нефтепереработке существует комплекс актуальных проблем, которые сложно решить традиционными способами. К таким проблемам относятся истощение ресурсов нефти, высокие энергозатраты при переработке, отложение кокса на поверхности катализатора, необратимое отравление катализаторов и другие [1-3]. Поэтому возрастает актуальность поиска и необходимость создания более эффективных и менее энергоемких способов переработки нефтяного сырья. Основой таких технологий могут стать нетрадиционные принципы воздействия на перерабатываемое сырье [4,5]. Плазменные технологии могут применяться для переработки тяжелой нефти, чтобы снизить использование водорода и избежать необходимости в дорогостоящих катализаторах [6, 7].

На состав продуктов реакции и скорость превращения сырья влияют параметры электрического разряда. Так при крекинге н-гексана в диапазоне напряжений 8–16 кВ селективность по легким углеводородам медленно увеличивается до уровня 68,22–75,42% при повышении напряжения [8].

В настоящей работе приводятся результаты исследования плазменного риформинга фракции мазута при напряжении 6-18 кВ. Структурная схема установки для плазменного риформинга тяжелых углеводородов в жидкой среде показана на рис. 1. На рис. 1 показано: однофазный ПЧ – преобразователь частоты; В – однофазный выпрямитель; Ф – фильтр в звене постоянного тока; РН – регулятор напряжения; ИН – автономный инвертор напряжения; УМ – умножитель напряжения; Р – разрядник.

Рисунок 1. Структурная схема установки для плазменного риформинга тяжелых углеводородов в жидкой среде

На рис. 2 показан общий вид лабораторной установки.

Рисунок 2. Общий вид лабораторной установки для плазменного риформинга тяжелых углеводородов в жидкой среде

В таблице 1 приведены параметры электрического разряда при плазменном риформинге мазута в жидкой фазе.

Таблица 1.

Зависимость характеристик электрических разрядов от напряжения

На рисунке 3 приведена типичная осциллограмма при проведении процесса.

Рисунок 3. Напряжение и импульсы тока в реакторе при проведении процесса

Состав газофазных продуктов (Таблица 2), образующихся при плазменном риформинге мазута, определяли методом газовой хроматографии на газовом хроматографе Кристалл 5000.2.

Таблица 2.

Зависимость состава газообразных продуктов от напряжения, %мол.

Изменение мощности разряда влияет на состав образующихся газообразных продуктов. Повышении средней энергии импульса электрических разрядов с 0.022 до 0.184 Дж приводит к снижению содержания водорода в газовой фазе с 34.6 до 30.7 %мол. При этом содержание ацетилена увеличивается с 44.6 до 47.5 %мол.

Список литературы:

1. Rana M.S. A review of recent advances on process technologies for upgrading of heavy oils and residua / M.S. Rana, V. Samano, J. Ancheyta, J.A.I. Diaz // Fuel. – 2007. Vol. 86. P. 1216–1231.
2. Davudov D. A systematic comparison of various upgrading techniques for heavy oil / D. Davudov, R.G. Moghanloo // J. Petrol Sci. Eng. – 2017. Vol. 156. P. 623–632.
3. Gollakota A.R.K. A review on the upgradation techniques of pyrolysis oil / A.R.K Gollakota, M. Reddy, M.D. Subramanyam, N. Kishore // Renew Sustain Energy Rev. – 2016. Vol. 58. P. 1543–1568.
4. Bodrikov I.V. Fragmentation of thiophene and 3‐methyl‐2‐thiophenecarboxaldehyde by direct liquid phase low‐voltage discharges / I.V. Bodrikov, A.M. Kut’in, E.Yu. Titov, D.Yu. Titov, Yu.A. Kurskii, R. R. Gazizzulin //Plasma Proc. and Pol. – 2018. V. 15. P. 1-6.
5. Titov E. Y. A Device for Generation of Low-Voltage Discharges in Liquid Dielectric Media / E. Y. Titov, D.Y. Titov, I.V. Bodrikov, A.M. Kut’in, Yu. A. Kurskii , R.R. Gazizzulin // High Energy  Chem. – 2018. V. 52. P. 512-513.
6. Petitpas G. A comparative study of non-thermal plasma assisted reforming technologies / G. Petitpas, J.D. Rollier, A. Darmon, J. Gonzalez-Aguilar, R. Metkemeijer, L. Fulcheri // Int. J. Hydrogen Energy. – 2007. Vol. 32. P. 2848–2867.
7. Nomura S. Plasma Decomposition of Clathrate Hydrates by 2.45 GHz Mircowave Irradiation at Atmospheric Pressure / S. Nomura, A.E.E. Putra, S. Mukasa, H. Yamashita, H. Toyota H // Appl. Phys. Express. – 2011. Vol. 4. № 066201
8. Wang L. Study on n-hexadecane cracking with introducing water by pulsed discharge in liquid / L. Wang, B. Sun, X. Zhu, Y. Xin, Z. Yan // Fuel. – 2021. Vol. 293. № 120400.