Die zunehmend schlechtere Qualität der Schwerölressourcen hat die traditionelle Schwerölverarbeitungstechnologie vor größere Herausforderungen gestellt. Die hohen Temperatur- und Druckbedingungen sowie der Kohlenstoffausstoß und der Energieverbrauch, die für die Umwandlung von Schweröl in hochwertige Chemikalien erforderlich sind, sind alles andere als ideal.
Die Plasmatechnologie ist ein möglicher Ansatz, um dieses Problem ohne Katalysatoren, Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen während der Reaktion anzugehen. Darüber hinaus bietet es die Vorteile eines kurzen Prozessablaufs, geringer Kohlenstoffemissionen und einer breiten Materialanpassungsfähigkeit. Allerdings ist diese Technologie aufgrund der inerten Natur von Schweröl kompliziert.
Forscher um Prof. Shao Tao vom Institut für Elektrotechnik (IEE) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und ihre Mitarbeiter haben die Umwandlungsgesetze und Reaktionsmechanismen der plasmagestützten Schwerölumwandlung mithilfe verschiedener Arten von gepulstem Entladungsplasma untersucht und wandelte Schweröl in Acetylen, Kohlenstoffmaterialien oder Cycloalkane um.
Ihre Forschungsergebnisse wurden im veröffentlicht Zeitschrift für Chemieingenieurwesen mit den Titeln „Katalysatorfreie Toluolhydrierung zu Methylcyclohexan durch gepulstes DBD-Plasma unter Umgebungsbedingungen“ und „Einstufige hochwertige Umwandlung von Schweröl in H2, C2H2 und Kohlenstoffnanomaterialien durch nicht-thermisches Plasma“.
Mit einem im Mikrosekundenbereich gepulsten Funkenentladungsplasma untersuchten die Forscher die Crackeigenschaften von Schweröl im Hinblick auf Pulsspannung, Pulswiederholungsfrequenz und Entladungsleistung. Die Emissionsspektralanalyse enthüllte den schnellen Aufheiz- und Abkühlmechanismus des gepulsten Funkenplasmas.
Sie erreichten ein einstufiges Cracken von Schweröl in Acetylen, Wasserstoff und Nanokohlenstoffmaterialien mit einer Schwerölumwandlungsrate von 50,4 %, einer Acetylenausbeute von 19,7 % und einem Energieverbrauch von 55,4 kWh/m3.
Darüber hinaus realisierten die Forscher mithilfe eines gepulsten dielektrischen Barrierenentladungsplasmas eine nichtkatalytische Hydrierung von Aromaten zu Cycloalkanen unter milden Bedingungen, wodurch die Beschränkungen von Katalysatoren und rauen Bedingungen bei der herkömmlichen Schwerölverarbeitung durchbrochen wurden.
Das Isotopenumwandlungsexperiment und die Berechnung der Dichtefunktionaltheorie enthüllten den Mechanismus und den kinetischen Prozess der Wasserstoffradikalhydrierung, was eine Grundlage für die Untersuchung des Plasmamassenölhydrierungsprozesses legte.
Mehr Informationen:
Hao Sun et al., Katalysatorfreie Toluolhydrierung zu Methylcyclohexan durch gepulstes DBD-Plasma unter Umgebungsbedingungen, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.142823
Zhe Fan et al, Einstufige hochwertige Umwandlung von Schweröl in H2, C2H2 und Kohlenstoffnanomaterialien durch nicht-thermisches Plasma, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.141860