Лекция 24. Получение ацетилена из углеводородов

===========================================================

Осуществляется пиролизом метана и других парафинов (процесс, эндотермический. Равновесие сдвигается вправо только при Т= 1000 – 1300⁰С (рис.24.1):

 

С₂ Н₄ С₂ Н₂ + 3Н₂ (-376 кДж/моль);

¾®

¾

С₂ Н₆ С₂ Н₂ + 2Н₂ (-311 кДж/моль).

 

Практически требуется более Высокая температура (1500—1600⁰С — для метана и 1200 ⁰С — для др. жидких углеводородов).

Процесс термического пиролиза метана идет по радикально—цепному механизму путем отрыва Н* с образованием 2—к метнльных радикалов, приводящих к образованию кроме ацетилена парафинов, олефинов, бензола, а также других ацетиленовых (метил—, винил—, дн—ацетилен).

 

 

Рис.24.1 - Температур­ная зависимость равно­весной степени конвер­сии метана (1) и этана (2) в ацетилен при Р = 0,1МПа

Регулирование выхода продукта достигается уменьшением степени конверсии (К=50%) за счет уменьшения времени контакта (до 0,1 с).

Во избежание дальнейшего разложения и превращений ацетилена "необходима быстрая "закалка" реакционных газов (вспрыск воды) до Т при которой эти процессы не происходят.

Методы пиролиза классифицируют по способу подвода тепла;

1. Регенеративный - в печах с огнеупорной насадкой (нагрев насадки топочными газами-пропускание сырья).

2. Гомогенный — введение сырья в поток горячего (2000⁰С) газа, полученного сжиганием метана в кислороде.

3. Окислительный — экзотермическая реакция горения углеводоро­дов и эндотермический процесс пиролиза (Т=1500⁰С) совмещены в одном аппарате -рис.24.2).

4. Электрокрекинг — пиролиз в электродуговых печах (1/1=1000 в,

затраты энергии до 13 тыс. кВт/т ацетилена)

5. Плазмохимический — процесс в ионизированном газе.

 

Наиболее экономичен и эффективен окислительный пиролиз (степень конверсии метана до 90%; кислорода > 99%). Соотношение начальных объемов метан: кислород = 100: (60—65), что находится вне пределов взрываемости этих смесей. Скорость течения газа в сопле горелки (=100 м/с) должна быть выше скорости распространения пламени, но не выше скорости гашения пламени, чтобы оно не отрывалось от горелки.

При нормальном режиме расход метана: на горение = 55%; на получение ацетилена = 23—25%; на образаание сажи = 4%.

 

 

 

 

Рис.24.2 Схема реактора окислительного пиролиза;

1—камера смешения; 2—корпус; 3—предохранительная мембрана; 4—камера горения; 5—нижняя камера; 6—форсунка; 7—горелочная плита; 8—диффузор.

 

 

 

Состав газов пиролиза при различных методах, %. об.

Таблица 24.1

 

Продукты	Регенератив- ный	Электрокре- кинг	Гомогенный	Окисли-тельный
Ацетилен	11 - 14	7 - 9
Водород	40 - 45	40 - 45
Метан	5 - 25	-
СО	-	26 - 27
Диоксид углерода	-	3 - 4
Гомологи ацетилена	1,0	-	1,5	0,2-0,3

 

 

Стадии технологического процесса:

 

1. Подогрев до 600-700⁰С метана и кислорода в трубчатых печах 1 и 2 топливными газами;

2. Осуществление пиролиза в реакторе 3 (Т после закалки == 80⁰С);

3. Улавливание сажи в промывном скруббере 4 и электрофильтре 5;

4. Охлаждение водой в контактном холодильнике 6;

5. Очистка от ароматики и гомологов ацетилена в форабсорбере 7 водой с небольшим количеством диметилформамнда (ДМф) и

N-метилпирролидона (МП);

6. Поглощение ацетилена (Р=1 МПа) ДМф или МП в абсорбере 11;

7. Десорбция ацетилена в десорбере 14 первой ступени (Р=0,15 МПа,

Т куба=40⁰С) с выводом его из средней части колонны;

8. Промывка концентрированного ацетилена в скруббере 15 водой и вывод через огнепреградитель 16 с установки;

9. Десорбция кубовой жидкости 1 ступени (Т куба = 100⁰С) с выделением остаточного ацетилена с примесью его гомологов в десорбере 2 ступени 18 и возвращение их в десорбер 1 ступени.

Побочные процессы:

а) Выделение сажи из закалочной воды в отстойнике 9 (сажа - на сжигание, вода на закалку)

б) Улавливание унесенного газами (водород, метан, оксид углерода) растворителя в скруббере 12.

в) Возврат газов, выдавленных ацетиленом из десорбера 14 (диоксид, оксид углерода и др.) на компримирование;

Графические зависимости [3, с.11,13,15—17]

Технологическая схема: [4, с. 19].