Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2019 номер 1

Изучена прямая неокислительная конверсия метана и его смеси с водой в плазме барьерного разряда в газообразные и жидкие продукты. Основными продуктами превращения метана являются водород (~60 %) и этан (~29 %), газообразные углеводороды С₃-С₄ (~10 %) и алканы С₅₊ (~1 %), преимущественно изомерного строения. В обоих случаях конверсия метана составляет 9.5-9.7 %, что соответствует энергозатратам на его превращение порядка 46 эВ/молекула. Наличие воды на стенках плазмохимического реактора создает условия для эффективного вывода продуктов из разрядной зоны и позволяет предотвратить образование депозита на поверхности электродов, что подтверждается результатами ИК-спектроскопии. Рассмотрен механизм неокислительной конверсии метана в плазме барьерного разряда (БР). Показано, что инициирование реакции происходит в результате столкновения молекул метана с электронами разряда. В результате диссоциации электронно-возбужденной молекулы метана образуется преимущественно метильный и метиленовый радикалы, атомарный и молекулярный водород, дальнейшее образование продуктов реакции происходит по радикальному механизму. Проведено моделирование кинетики превращения парогазовой смеси метан - вода в БР с использованием эффективной константы скорости электронно-молекулярной реакции и простого выражения для оценки ее значения. Выражение для оценки эффективной константы связывает действительную константу скорости электронно-молекулярной реакции с ключевыми параметрами плазмы БР и позволяет упростить процедуру его моделирования. Модель химической кинетики превращения метана включает в себя 74 реакции. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными. Анализ коэффициентов чувствительности реакций показал, что рост молекулярной массы продуктов реакции происходит преимущественно за счет процессов с участием метиленового радикала.