Oxidative pyrolysis of ethane under pulsed adiabatic compression

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The oxidative pyrolysis of ethane has been studied in a rapid compression machine with a free flied piston over a range of temperatures 1100–1450 K. In the initial mixtures with a constant ethane content of 2 %(vol.), the oxygen content varied from 0 to 1.05 %(vol.). The ranges of conversion degrees of ethane were 6%–86% and of oxygen 8%–97%. The main (ethylene, hydrogen, methane, and CO) and secondary reaction products were determined. The composition of the mixture of products qualitatively corresponds to the products of ethane pyrolysis previously studied in the adiabatic compression reactor. It is found that an increase in the O2/C2H6  ratio in the studied range leads to a monotonic decrease in the residual ethane content, an increase in the residual oxygen content, and an increase in the degree of conversion of both initial components. As the O2/C2H6 ratio increases, the yields of H2, CO, CH4, acetylene, 1,3-butadiene, and some other hydrocarbons increase. The value of ethylene yield passes through a maximum approximately at α=0,05.

About the authors

Igor V. Bilera

A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bilera@ips.ac.ru

Candidate of Science in chemistry, leading research scientist

Russian Federation, Moscow

References

  1. Lapidus, A. S. 1972. Sovremennoe sostoyanie promyshlennykh sposobov proizvodstva atsetilena. Khimiya atsetilena. Tr. III Vsesoyuzn. konf. [The chemistry of acetylene. Proceedings of the 3rd All-Union Conference]. Ed. A. A. Petrov. Moscow: Nauka. 5–16.
  2. Passler, P., W. Hefner, K. Buckl, H. Meinass, A. Meiswinkel, H.-J. Wernicke, G. Ebersberg, R. Muller, J. Bassler, H. Behringer, and D. Mayer. 2012. Acetylene. Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 1: 277–326. doi: 10.1002/14356007.a01_097.pub3.
  3. Dubrovay, K. K., and A. B. Sheynman. 1936. Okislitel’nyy kreking [Oxidative cracking]. Moscow–Leningrad: ONTI NKTP SSSR. 393 p.
  4. Tmenov, D. N., and S. P. Gorislavets. 1978. Intensifikatsiya protsessov piroliza [Intensification of pyrolysis processes]. Kiev: Tekhnika. 192 p.
  5. Arutyunov, V. S. 2011. Okislitel’naya konversiya prirodnogo gaza [Oxidative reforming of natural gas]. Moscow: KRASAND. 640 p.
  6. Arutyunov, V. S., and R. N. Magomedov. 2012. Gas-phase oxypyrolysis of light alkanes. Russ. Chem. Rev. 81(9):790–822. doi: 10.1070/RC2012v081n09ABEH004267.
  7. Arutyunov, V. S., V. I. Savchenko, I. V. Sedov, A. V. Nikitin, R. N. Magomedov, and A. Yu. Proshina. 2017. Kinetic features and industrial prospects of the selective oxidative cracking of light alkanes. Russ. Chem. Rev. 86(1):47–74. doi: 10.1070/RCR4648.
  8. Cavani, F., N. Ballarini, and A. Cericola. 2007. Oxidative dehydrogenation of ethane and propane: How far from commercial implementation? Catal. Today 127:113–131. doi: 10.1016/j.cattod.2007.05.009.
  9. Najari, S., S. Saeidi, P. Concepcion, D. D. Dionysiou, S. K. Bhargava, A. F. Lee, and K. Wilson. 2021. Oxidative dehydrogenation of ethane: Catalytic and mechanistic aspects and future trends. Chem. Soc. Rev. 50(7):4564–4605. doi: 10.1039/D0CS01518K.
  10. Sampson, R. J. 1963. The reaction between ethane and oxygen at 600–630 . J. Chem. Soc. 5095–5106. doi: 10.1039/JR9630005095.
  11. Jones, J. H., T. E. Daubert, and M. R. Fenske. 1969. Oxidation and oxidative dehydrogenation of ethane and propane. Ind. Eng. Chem. Proc. DD. 8(1):17–25. doi: 10.1021/i260029a004.
  12. Taylor, J. E., and D. M. Kulich. 1973. Homogeneous gas-phase with a wall-less reactor. oxygen-ethane reaction. Pyrolyses. III. The a double reversal in oxygen and surface effects. Int. J. Chem. Kinet. 5(3):455–468. doi: 10.1002/kin.550050314.
  13. Sheverdenkin, E. V., V. M. Rudakov, V. I. Savchenko, V. S. Arutyunov, and O. V. Sokolov. 2004. Kinetics of partial oxidation of alkanes at high pressures: Oxidation of ethane and methane–ethane mixtures. Theor. Found. Chem. Eng. 38(3):311–315. doi: 10.1023/ B:TFCE.0000032194.61049.0e.
  14. Magomedov, R. N., A. Y. Proshina, and V. S. Arutyunov. 2013. Gas-phase oxidative cracking of ethane in a nitrogen atmosphere. Kinet. Catal. 54(4):383–393. doi: 10.1134/S0023158413040113.
  15. Burch, R., and E. M. Crabb. 1993. Homogeneous and heterogeneous contributions to the catalytic oxidative dehydrogenation of ethane. Appl. Catal. A — Gen. 97(1):49–65. doi: 10.1016/0926-860X(93)80066-Y.
  16. Choudhary V. R., and S. R. Mulla. 1997. Coupling of thermal cracking with noncatalytic oxidative conversion of ethane to ethylene. AIChE J. 43(6):1545–1550. doi: 10.1002/aic.690430516.
  17. Chen, Q., E. J. A. Schweitzer, P. F. Van Den Oosterkamp, R. J. Berger, C. R. H. De Smet, and G. B. Marin. 1997. Oxidative pyrolysis of ethane. Ind. Eng. Chem. Res. 36(8):3248–3251. doi: 10.1021/ie960585z.
  18. Kolbanovskiy, Yu. A., V. S. Shchipachev, N. Ya. Chernyak, et al. 1982. Impul’snoe szhatie gazov v khimii i tekhnologii [Impulsive compression of gases in chemistry and technology]. Moscow: Nauka. 240 p.
  19. Kolbanovskiy, Yu. A. 1989. Adiabatic compression in studies on the kinetics and mechanism of reactions involving fluorine-containing carbenes. Russ. Chem. Rev. 58(11):1024–1032. doi: 10.1070/ RC1989v058n11ABEH003494.
  20. Buravtsev, N. N., and Yu. A. Kolbanovsky. 1999. Intermediates of thermal transformations of perfluoro-organic compounds. New spectral data and reactions. J. Fluorine Chem. 96(1):35–42. doi: 10.1016/S0022-1139(98)00325-X.
  21. Sal’nikova, L. V., A. E. Semochkina, and I. V. Bilera. 2010. Degidrirovanie etana pri impul’snom pirolize i oksipirolize [Dehydrogenation of ethane during pulsed pyrolysis and oxypyrolysis]. Tezisy VIII Vseross. nauch.-tekhn. konf. “Aktual’nye problemy razvitiya neftegazovogo kompleksa Rossii” [8th All-Russian Scientific and Technical Conference “Actual Problems of Development of the Russian Oil and Gas Complex” Abstracts]. Moscow: RGUNG im. I. M. Gubkina. 1:281–282.
  22. Bilera, I. V. 2017. Vysokotemperaturnyy gomogennyy piroliz etana v reaktore adiabaticheskogo szhatiya [The high-temperature homogeneous pyrolysis of ethane in the adiabatic compression reactor]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 10(2):12–17.
  23. Bilera, I. V. 2020. Sopiroliz dimetilovogo efira i etana v usloviyakh adiabaticheskogo szhatiya [Copyrolysis of dimethyl ether and ethane under pulsed adiabatic compression]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 13(4):20–28. doi: 10.30826/CE20130403.
  24. Buravtsev, N. N., L. S. German, A. S. Grigor’ev, Yu. A. Kolbanovskii, A. A. Ovsyannikov, and A. Yu. Volkonskii. 1993. Trifluoromethylfluorocarbene formation and reactions under C2F5SiF3 pulsed adiabatic compression pyrolysis. Mendeleev Commun. 3(4):133– 134. doi: 10.1070/MC1993v003n04ABEH000254.
  25. ScanView — an application and chromatogram database. Available at: https://community.agilent.com (accessed October 16, 2018).
  26. Heracleous, E., and A. A. Lemonidou. 2004. Homogeneous and heterogeneous pathways of ethane oxidative and non-oxidative dehydrogenation studied by temperature-programmed reaction. Appl. Catal. A — Gen. 269:123–135. doi: 10.1016/j.apcata.2004.04.007.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».