จลนพลศาสตร์ของการเปลี่ยนก๊าซมีเธนเป็นสารไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลสูงภายใต้สนามไฟฟ้าความต่างศักย์สูง : รายงานการวิจัย

Abstract

การวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาพฤติกรรมการเปลี่ยนแปลงทางเคมีโดยตรงของมีเธนภายใต้สภาวะประจุไฟฟ้ากระแสสลับ ที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์เคมีแบบ DBD โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อศึกษาถึงผลกระทบของอีเธนและโพรเพนต่อการเปลี่ยนแปลงมีเธน นอกจากนี้ยังได้ทำการศึกษาจลนพลศาสตร์ของระบบอีกด้วย ความต่างศักย์ที่ใช้ในการทดลองอยู่ในช่วงระหว่าง 4,350 โวลต์ถึง 6,250 โวลต์ โดยให้อัตราการไหลของก๊าซผ่านเครื่องปฏิกรณ์เคมีมีค่าอยู่ในช่วง 20 ถึง 80 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อนาที โดยพบว่าการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีของก๊าซมีเธนจะเพิ่มสูงขึ้นเมื่อเพิ่มความต่างศักย์ไฟฟ้า หรือเมื่อเพิ่มเวลาเก็บกักให้นานขึ้น การหลุดออกของไฮโดรเจนเป็นปฏิกิริยาเริ่มต้นทั่วไป ซึ่งจะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์หลักต่างๆ ได้แก่ อีเธน เอทิลีน และโพรพิลีน ซึ่งเกิดขึ้นในระบบมีเธนบริสุทธิ์ อีเธนบริสุทธิ์ และ โพรเพนบริสุทธิ์ ตามลำดับ ในสภาวะที่มีการผลิตไฮโดรเจนเป็นจำนวนมาก ผลิตภัณฑ์ลำดับที่สองซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาการสูญเสียไฮโดรเจนของผลิตภัณฑ์ลำดับแรก จะเกิดได้ยากขึ้น ในสภาพที่มีอีเธนหรือโพรเพนร่วมกับมีเธนในระบบ อีเธนจะช่วยทำให้การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของมีเธนไปเป็นสารไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ขึ้น ในขณะที่โพรเพนที่ผสมกับมีเธนในสารตั้งต้นจะทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการเปลี่ยนแปลงของมีเธน กลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ไฟฟ้า อัตราการไหลของก๊าซ และส่วนประกอบของสารตั้งต้นเพราะว่ากลไกเป็นแบบผกผันกลับและสลับซับซ้อน ทำให้การหาสมการแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่แท้จริงทำได้ยาก สมการการยกกำลังถูกนำมาใช้หาอัตราการเกิดปฏิกิริยาในรูปของสารตั้งต้นโดยการวิเคราะห์เชิงอนุพันธ์และการไหลแบบลูกสูบ โดยอันดับของปฏิกิริยามีค่าต่ำ ซึ่งทำให้อัตราการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นเล็กน้อย เมื่อเพิ่มความดันย่อยของสารตั้งต้น แต่เมื่อเพิ่มค่าความต่างศักย์ของระบบ ค่าคงที่ของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นและทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มสูงขึ้นอย่างเด่นชัด