In-Situ Characterization of 1-Hexene Concentration with a Helium-Neon Laser in the presence of a Solid Catalyst

Abstract

Se presenta evidencia de que un láser de helio-neón (He-Ne), que opera en el infrarrojo medio (MIR) a una longitud de onda de 3.39 μm, puede detectar variaciones de la concentración de 1-hexeno en presencia de catalizador sólido. La caracterización in situ y en línea de la concentración de 1-hexeno, un ejemplo de hidrocarburo, es importante para mejorar el entendimiento de la interacción entre la química y la hidrodinámica en procesos de reacción heterogénea. En esta investigación, se diseñó y construyó una unidad downer a escala de laboratorio. El reactor tiene una longitud de 180 cm, un diámetro interno de 1.3 cm y fue fabricado en cuarzo fundido para permitir el paso del rayo láser. El 1-hexeno se dosificó, se vaporizó y se introdujo en el reactor a través de dos entradas ubicadas en un ángulo de 45 grados desde el flujo descendente vertical y 70 cm por debajo de la entrada de un catalizador (0.5 g / s) y un flujo de 0.55 lpm de purga de N2 de arrastre. Un sistema de cinco calentadores, que se puede desplazar en dirección vertical para permitir el paso del rayo láser, garantiza temperaturas de hasta 823 K. Simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de la hidrodinámica del sistema muestra que se alcanza un perfil de temperatura uniforme en la sección de reacción luego de la mezcla del catalizador con la alimentación. La relación estimada de catalizador a aceite y el tiempo en la corriente en los experimentos fueron de 0.4 a 1.3 y 2 s, respectivamente. Después de la corrección de la variación de potencia del láser, los resultados experimentales mostraron una respuesta lineal de la transmisión fraccional con la concentración de 1-hexeno que era independiente de la temperatura en el rango de 373 K a 673 K. Incluso en presencia de catalizador, la absorción de 1-hexeno en la frecuencia del MIR del láser utilizado en los experimentos es lo suficientemente alta como para permitir la detección de 1-hexeno ya que la absorción fraccional es cercana a cero para la longitud del camino de absorción ( 0.013 m) de estos experimentos y concentraciones de 1-hexeno superiores a 1.254 × 10-5 mol/cm3. La configuración experimental permitió demostrar la capacidad del sistema láser para medir la concentración de 1-hexeno incluso en presencia de un catalizador. Esto indica que es posible su uso para distinguir mejor el efecto de la hidrodinámica de la cinética en procesos de catálisis heterogénea.