Conversion of alkanes under single pulse of hydrodynamic cavitation. I. Behavior of C₁₃–C₁₅ alkanes

There are many different methods of petrochemical raw materials activation. This article discusses hydrocarbons mechanoactivation that helps to increase the yield of the key products. This effect shows itself most clearly in the n-alkanes distribution. The main purpose of this study is to attempt to learn whether the energy of a single pulse of cavitation occurring in a disintegrator DA-1 is enough for the destructive transformation of n-alkanes with the number of carbon atoms in the molecule less than 15 and for the formation of compounds with low molecular weights. It was shown that the total decrease in the concentration of reactants (monomethyltridecane, n-tridecane and n-pentadecane) is completely compensated by the higher content of n-tetradecane in the mixtures. The content of iso-alkanes, n-tridecane and n-pentadecane decreased. Other compounds did not appear in the mixtures after the impact of a single pulse of cavitation. It was shown that the energy of a single pulse of hydrodynamic cavitation released in DA-1 is insufficient for the large-scale break of the bonds between the secondary carbon atoms in the chains of C₁₃–C₁₅ alkanes (mostly n-tetradecane, the content of which in the mixture was greater than 97%) and for the diffusion of radicals from the “cage” with the formation of compounds with low molecular weights. A similar effect can be expected especially in respect of n-alkanes having a fewer number of carbon atoms. A possible mechanism of the reversible isomerization reaction in the studied system is discussed in this article.

the C₁₃–C₁₅ alkanes, cavitation, mechanical stresses, isomerization, cracking, free radicals, recombination, a random event, possibility.

1. Евдокимова Н.Г., Гуреев Ал.А., Косяков С.В., Данишевский В.С. Энергетическая активация нефтяных остатков в дезинтеграторе// Химия и технология топлив и масел. 1992. № 1. С. 26–28.

2. Кладов А.Ф. Способ крекинга нефти и нефтепродуктов и установка для его осуществления : пат. 2078116 Рос. Федерация. № 95109844/04; заявл. 20.04.95; опубл. 27.04.1997, Бюл. № 8. 17 с.

3. Дубинская А.М. Превращения органических веществ под действием механических напряжений // Успехи химии. 1999. Т. 68. № 8. С. 708–724.

4. Быков И.Н. Способ обработки нефти, нефтепродуктов, углеводородов : пат. 2149886 Рос. Федерация. № 99110547/04; заявл. 20.05.99; опубл. 27.05.2000, Бюл. № 15. 8 с.

5. Днепровский К.С. Механохимические превращения углеводородов нефти : автореф. дис. … канд. хим. наук. – Томск, 2003. 24 с.

6. Бадамдорж Даваацэрэн. Изменение состава и свойств высокопарафинистых нефтей в процессах нетрадиционного воздействия (на примере нефтей Монголии) : автореф. дис. … канд. техн. наук. – Томск, 2008. 23 с.

7. Дудкин Д.В., Кульков М.Г., Шестакова Е.Н., Якубенок А.А., Новиков А.А. Превращения углеводородов нетфи при механохимическом воздействии // Химия и технология топлив и масел. 2012. № 2. С. 39–42.

8. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хеммит Ф. Кавитация. – М.: Мир, 1974. 668 с.

9. Нестеренко А.И., Берлизов Ю.С. Возможность крекинга углеводородов под действием кавитации. Количественная энергетическая оценка // Химия и технология топлив и масел. 2007. №6. С. 43-44.

10. Нестеренко А.И., Берлизов Ю.С. Об использовании явления кавитации для крекинга угле-водородов // Химия и технология топлив и масел. 2008. № 4. С. 41–43.

11. Воробьев С.И., Торховский В.Н., Туторский И.А., Казмалы Н.К. Механодеструкция угле-водородов нефти с помощью дезинтегратора высокого давления // Вестник МИТХТ. 2008. Т. 3. № 3. С. 79–86.

12. Промтов М.А. Перспективы применения кавитационных технологий для интенсификации химико-технологических процессов // Вестник ТГТУ. 2008. Т. 14. № 4. С. 861–867.

13. Нестеренко А.И., Берлизов Ю.С., Берлизова Ю.Ю. Расчет средневзвешенного числа циклов кавитационной интенсификации крекинга нефтяного сырья // Химия и технология топлив и масел. 2009. № 2. С. 47–50.

14. Нестеренко А.И., Берлизов Ю.С. Моделирование влияния кавитации на крекинг углеводо-родов нефти // Химия и технология топлив и масел. 2012. № 1. С. 35–40.

15. Груздков А.А., Петров Ю.В. Кавитационное разрушение жидкостей с большой и малой вязкостью // Журнал техн. физики. 2008. № 3. С. 6–10.

16. Райс Ф.О., Райс К.К. Свободные алифатические радикалы. – Л.: ОНТИ, 1937. 201 с.

17. Магарил Р.З. Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов. – М.: Химия, 1970. 224 с.

18. Саханен А.Н. Переработка нефти. – М.-Л.: Гостоптехиздат, 1947. 428 с.

19. Капустин В.М., Гуреев А.А. Технология переработки нефти: в 2-х ч. Часть вторая. Деструктивные процессы. – М.: КолосС, 2007. 334 с.

20. Маргулис М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях). – М.: Высшая школа, 1984. 272 с.

21. Рузинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов. – М.: Химия, 1972. 200 с.

22. Иванов С.В., Антонюк П.С., Луцковская В.А., Кравченко В.В., Воробьев С.И., Торховский В.Н. Влияние механоактивации на состав нефти и характеристики ее фракции, выкипающей выше 500ºС // Вестник МИТХТ. 2010. Т. 5. № 4. С. 40–43.

23. Иванов С.В., Антонюк П.С., Луцковская В.А., Кравченко В.В., Воробьев С.И., Торховский В.Н. О возможности увеличения глубины отбора вакуумных дистиллатов при перегонке нефти за счет предварительной механоактивации // Вестник МИТХТ. 2012. Т. 7. № 2. С. 48–50.

24. Иванов С.В., Воробьев С.И., Торховский В.Н., Герзелиев И.М. Применение гидро-динамической кавитации для повышения эффективности каталитического крекинга вакуумного газойля // Вестник МИТХТ. 2013. Т. 7. № 3. С. 67–69.

25. Магарил Р.З. Теоретические основы химических процессов переработки нефти. – М.: Химия, 1976. 312 с.

26. Ямпольский Ю.П. Элементарные реакции и механизм пиролиза углеводородов. – М.: Химия, 1990. 216 с.

27. Гольдфарб Я.Л., Беленький Л.И. Напряжение и реакционная способность моноцикли-ческих систем // Успехи химии. 1960. Т. 29. № 4. С. 470–507.

28. Бурсиан Н.Р., Коган С.Б. Каталитические превращения парафиновых углеводородов в изо-парафины и олефины // Успехи химии. 1989. Т. 58. № 3. С. 451–474.

29. Полак Л.С., Михайлов А.С. Самоорганизация в неравновесных физико-химических системах. – М.: Наука, 1983. 287 с.