PYROLIZA METANULUI PENTRU OBȚINEREA ACETILENULUI
Carbura de calciu este obținută din oxid de calciu și cocs în cuptoare cu arc electric. Reacția este extrem de endotermică și necesită o cheltuială mare de energie electrică, care este un element esențial al prețului de cost al acetilenei produse.
Materia primă pentru prepararea acetilenei poate servi hidrocarburi gazoase parafinice (metan, etan, propan, butan) și fracțiuni petroliere lichide, cum ar fi benzine drepte-run.
Selecția de hidrocarburi depinde de mai mulți factori, care definesc în mod colectiv eficiența procesului global, cu privire la disponibilitatea resurselor de materii prime, consumul de energie, iar concentrația de evacuare a acetilenei în produsele de reacție, cantitatea și costul produselor de către și posibilitatea utilizării lor profitabile.
Cu toate acestea, tehnologia industrială pentru prelucrarea gudronului și a altor reziduuri de petrol nu a fost încă dezvoltată complet, din cauza căruia această materie primă nu este încă utilizată.
Din punct de vedere energetic, materia primă cea mai puțin profitabilă pentru obținerea acetilenei este metanul. Piroliza necesită mai multă căldură (91 kcal / mol), în timp ce piroliza etanului și propanului necesită 78 și, respectiv, 61,9 kcal / mol. Piroliza metanului se efectuează la temperaturi mai ridicate decât omologii săi. Cu toate acestea, metanul este utilizat pentru a produce acetilenă la multe plante. Acest lucru se explică prin faptul că metanul este cel mai accesibil și ieftin de hidrocarburi; este componenta principală a gazului natural, iar acesta din urmă poate fi utilizat pentru producție fără separare.
METODE DE PRODUCERE A ACETILENULUI
Există două metode de producere a acetilenei: cea mai veche se face din carbură de calciu și una nouă din hidrocarburi.
Când carbură de calciu descompusă formată din apă, o reacție exotermă produce acetilenă:
De 1 kg de carbură tehnică de calciu, conținând impurități de cocs, oxid de calciu și alte substanțe, se evidențiază 230-280 litri de acetilenă (această valoare se numește carbură de carbură). Teoretic, de la 1 kg de CaCl2 pur, trebuie să se formeze 380 l de C2H2.
Când se descompune carbură de calciu, trebuie respectate anumite condiții pentru desfășurarea normală a procesului. Reacția este eterogenă, iar viteza acesteia depinde de mărimea bucăților de carbură, în special în creștere cu utilizarea de particule de carbură și de praf. Masa de reacție trebuie să fie amestecată, deoarece altfel se poate forma un strat de var pe piesele de carbură, împiedicând descompunerea completă a carburii și conducând la supraîncălzirea locală. Din zona de reacție, este necesară eliminarea constantă a căldurii pentru a proteja acetilenă de posibila polimerizare și descompunere.
Prin metoda furnizării căldurii pentru realizarea unei reacții extrem de endotermice de piroliză a hidrocarburilor la acetilenă, se disting patru metode.
1). Piroliza regenerativă în cuptoare cu duza refractară; acesta este mai întâi încălzit cu gaze de ardere și apoi materialul brut pirolizat trece prin duza încălzită. Aceste perioade se alternează.
2). Elektrokreking folosind un arc voltaic, când materia primă de hidrocarburi piroliza într-un cuptor cu arc electric, la o tensiune între electrozii 1000 V. Consumul de energie electrică ajunge la 13.000 kWh per 1 tonă de acetilenă, care este principalul dezavantaj al metodei.
4). Piroliza oxidativă, în care reacția exotermică de ardere a hidrocarburilor și procesul de piroliză endotermă sunt combinate într-un singur aparat.
Toate aceste metode de piroliză a hidrocarburilor pentru acetilenă sunt utilizate în industrie, dar cea mai economică dintre ele este piroliza oxidativă.
4. Baza fizico-chimică a procesului de producere a acetilenei prin metoda pirolizei termooxidate a metanului.
Din metan și alte parafine, acetilena este produsă prin piroliză la temperaturi ridicate prin următoarele reacții reversibile:
Aceste reacții sunt endoterme, iar echilibrul lor se deplasează spre dreapta doar la 1000-1300 ° C. Cu toate acestea, pentru punerea în practică a procesului, pentru accelerarea acestuia este necesară o temperatură mai ridicată: 1500-1600 ° C pentru metan și 1200 ° C pentru hidrocarburile lichide.
Ca și piroliza la olefine, reacțiile de formare a acetilenilor au un mecanism radical al lanțului, lanțul transformărilor de metan și etan poate fi reprezentat aproximativ după cum urmează:
Gazul produs altele decât parafinelor inferioare și olefinelor care conțin o cantitate mică de hidrocarburi benzen și acetilenă - CH3 --SSN metilacetilenă și vinilacetilena CH2 = CH - CCH, diacetylene SCN - CCH și colab.
Producția acetilenă prin această metodă este complicată de reacția secundară a descompunerii sale în carbon și hidrogen. Acesta devine vizibil la 1000 ° C și atinge o viteză considerabilă la 1200-1600 ° C, adică la temperatura necesară pentru a produce acetilenă. Ca rezultat, se observă un sistem de reacții succesive, la care acetilenă rezultată se descompune în hidrogen și carbon (negru de fum):
Ca și în alte astfel de cazuri, reglarea randamentului produsului intermediar poate fi realizată prin reducerea conversiei hidrocarburii inițiale ca urmare a reducerii timpului de contact. S-a constatat că un randament bun de acetilenă cu o mică formă de funingine poate fi obținut cu o conversie a hidrocarburii inițiale de 50% și a timpului său de reținere în zona de reacție de 0,01 s. Pentru a evita descompunerea ulterioară a acetilenei, este necesară o "stingere" rapidă a gazelor de reacție (injecție de apă), în timp ce temperatura scade brusc la o valoare la care nu are loc descompunerea acetilenului.
Cu o lipsă de oxigen și o temperatură ridicată, arderea metanului are loc în principal ca răspuns:
Ea se desfășoară foarte rapid, iar formarea acetilenei (ca proces mai lent) începe doar într-o zonă practic lipsită de oxigen. Există, de asemenea, o conversie a monoxidului de carbon
Și raportul dintre hidrogen, oxizi de carbon și vapori de apă este aproape de acest echilibru al apei gazoase. În condiții practice, aproximativ 1/3 din oxigen este consumat pentru a forma apă, 10-15% pentru CO2 și 50-55% pentru CO.
Pe măsură ce procesul continuă autotermic, pentru a menține temperatura de 1500 ° C, este necesar pentru a descompune metan, CH4 și O2 raportul volumelor inițiale este de 100: (6065), care se află în afara limitelor de explozie de amestecuri ale acestora. Concentrațiile periculoase pot apărea numai în timpul amestecării, efectuate la o viteză suficient de ridicată și turbulență a fluxului de gaze. Combustia metanului se caracterizează printr-o perioadă de inducție, a cărei durată depinde de temperatură și presiune. Pentru amestecurile de metan-oxigen cu compoziția de mai sus, la presiunea atmosferică și 600 ° C, perioada de inducție este 2c, care limitează timpul de amestecare a gazelor preîncălzite înainte de introducerea lor în arzător, unde auto-aprinderea amestecului. Viteza fluxului de gaz în duza arzătorului (100 m / s) trebuie să fie mai mare decât viteza de propagare a flăcării, astfel încât flacăra să nu se propagă în direcția opusă. În același timp, atunci când viteza constantă de ardere starea de gaz nu trebuie să fie mai mare decât viteza de stingere a flăcării, astfel încât să nu se desprinde de la arzător. In curgerea turbulentă stabilitatea de ardere a promova furnizarea de oxigen suplimentar în zona de combustie (așa-numitul oxigen de stabilizare) și un aparat multinozzle cu o multitudine de combustie torțe stabilizează reciproc.
Schema tehnologică de obținere a acetilenei prin piroliza oxidativă a metanului este prezentată în Fig. 1. Oxigenul și metan este încălzit la 600--700 ° C într-un cuptor tubular 1 și 2, cu un cuptor de ardere a gazelor naturale. In reactorul 3 au loc procesul considerat mai sus, gazele sunt evacuate din aceasta după ce apa „călire“ la 80 ° C și testat pentru captarea funingine tubulare scruber cu apă 4 și precipitator mokroplenochny 5. Gazele răcite în apă rece 6 amestecare imediat, după care acestea sunt spălate în forabsorbere 7, o cantitate mică de dimetilformamidă sau N-metilpirolidonă, și se alimentează rezervorul de gaz 8. apa care curge de la supapa hidraulică și reactorul aparatelor sazheulavlivayuschih cuprinde 2-3% negru de fum, și low-volatile aromatic cuplat Nia. Se intră în iazul 9, de la vârful căruia sunt colectate funingine și gudron cu raclete și trimise la ardere. Apa din decantor este reciclat în reactor ca „agent de stingere“, iar surplusul este de a curăța decât creează un sistem închis de circulație a apei, fără canalizare îndepărtând toxice.
Gazul din rezervorul de gaz 8 este comprimat de compresor 10 la o presiune de 1 MPa, după trecerea prin fiecare etapă racitoare și separatoare, care nu este prezentat în diagramă. În absorberul 11 se spală cu dimetilformamidă sau N-metilpirolidonă și gaz nepoglotivshiysya (H2. CH4. CO, CO2) trece scruber 12, unde în condens apa de irigare este captat suflat-le mai subțire. După aceasta, gazul poate fi utilizat ca gaz de sinteză sau combustibil.
Soluția din cubul absorbantului 11 conține acetilenă și omologii săi, precum și o cantitate semnificativă de dioxid de carbon cu un amestec similar de alte gaze. Acesta trece de supapa de accelerație 13 și intră în desorbtorul 14 al primei trepte. Prin scăderea presiunii la 0,15 Mca și încălzirea cubului la 40 ° C, acetilă și gazele mai puțin solubile sunt desorbite din soluție. Acetilena, atunci când se deplasează în sus, îndepărtează dioxidul de carbon din soluție, care, împreună cu alte gaze și o parte din acetilenă, părăsește partea superioară a stripperului, după ce se spală solventul cu un condensat de apă. Aceste gaze sunt returnate la comprimare. Acetilena concentrată este extrasă din partea de mijloc a desorbitorului 14, spălată într-un epurator 15 cu apă și prin intermediul unui retardant de flacără 16 este scos din unitate.
desorbție lichid de fund 14 care conține o cantitate de acetilenă și omologii săi este îndreptată către striperul 18 din a doua etapă, preîncălzire schimbătorul de căldură 17. Datorită încălzirii cub până la 100 ° C dintr-o soluție distills toate gazele și din mijlocul coloanei lăsând Omologii acetilen direcționată apoi pentru ardere, iar din partea de sus - acetilena cu un amestec de omologi, sa întors la desorberul primei etape. În solvent, se acumulează treptat apă și polimeri, din care se eliberează într-o instalație de regenerare care nu este prezentată în diagramă. Concentrat a rezultat pe instalația cuprinde materialul acetilenă bază 99,0--99,5% cu un adaos de metilacetilenă, propadienă, și dioxid de carbon (în 0,1--0,3%).
Fig. 1. Schema tehnologică de obținere a pirolizei oxidative acetilenă a metanului
1, 2 - cuptoare tubulare; 3 - reactor; 4 - dispozitiv de captare a funinginii; 5 - precipitator electrostatic; 6 - frigider; 7 - foborsorber; 8 - gâscă; 9 - rezervor de sedimentare; 10 - compresoare; 11 - absorbant; 12, 15 - epuratoare; 13 - supapa de accelerație; 14, 18 - desorbere; 16 - retardant de incendiu; 17 - schimbător de căldură; 19 - cazane;
Articole similare
-
Formarea și dezvoltarea sondajului ca metodă sociologică - principalele probleme ale sociologiei
-
Metode de determinare a probelor, reactivi de aur cu clor, reactivi acide, vârfuri de crom (dicromat
-
Metode suplimentare de examinare, un diagnostic preliminar - pemfigul vulgar
Trimiteți-le prietenilor: