A metán pirolízise acetilén előállítására, acetilén előállítására szolgáló eljárások - alumínium gyártása
A METÉN IRÁNYÍTÁSA AZ ACETILÉN MEGADÁSÁBAN
A kalcium-karbidot kalcium-oxidból és kokszból állítják elő elektromos ívkemencékben. A reakció nagymértékben endotermikus és nagy villamosenergia-kiadást igényel, ami lényeges eleme az előállított acetilén költségárának.
Az acetilén előállításához használt kiindulási anyagok lehetnek gáz halmazállapotú paraffinos szénhidrogének (metán, etán, propán, butánok) és folyékony petróleum frakciók, például egyenes futású benzinek.
Válogatás a szénhidrogének számos tényezőtől függ, együttesen meghatározó hatékonysága a teljes folyamatot, a rendelkezésre álló nyersanyagforrások, a fogyasztás, és a kimenete acetilén koncentrációja a reakció termékek mennyisége és ára melléktermékek és a lehetőséget, hogy nyereséges használata.
Azonban a kátrány és egyéb olajmaradványok feldolgozására szolgáló ipari technológia még nem teljesen kifejlesztett, ennek következtében ezt a nyersanyagot még nem használják.
Energetikailag a legkevésbé nyereséges alapanyag az acetilén előállításához metán. A pirolízis több hőt igényel (91 kcal / mol), míg az etán és a propán pirolízis 78, illetve 61,9 kcal / mol. A metán pirolízisét magasabb hőmérsékleteken végzik, mint homológjai. A metán azonban sok növényben acetilént állít elő. Ezt azzal magyarázza, hogy a metán a szénhidrogének leginkább megfizethető és olcsó; ez a földgáz fő összetevője, az utóbbit szétválogatás nélkül lehet felhasználni.
AZ ACETILÉN TERMELÉSI MÓDSZEREI
Két módszer létezik acetilén előállítására: a régebbi kalcium-karbidból és egy új szénhidrogénből készül.
Amikor vízzel képződik a bomlott kalcium-karbid, exoterm reakció eredményeként acetilén:
1 kg technikai kalcium-karbidból, amely koksz, kalcium-oxid és egyéb anyagok szennyeződését tartalmazza, 230-280 liter acetilént (ezt az értéket karbidkarbidnak neveznek). Elméletileg 1 kg tiszta CaCl2-ból 380 l C2H2 keletkezik.
A kalcium-karbid lebontásakor bizonyos körülményeket figyelembe kell venni a folyamat normális lefolyása során. A reakció heterogén, és annak sebessége a keményfém darabok méretétől függ, különösen erősen növekszik a keményfém finomítás és a por felhasználásával. A reakciótömeget úgy kell összekeverni, mert különben a keményfémdarabokon mészréteg alakulhat ki, ami meggátolja a karbid teljes bomlását és helyi túlmelegedést eredményez. A reakciózónából folyamatosan szükséges eltávolítani a hőt az acetilén védelme érdekében a lehetséges polimerizáció és bomlás miatt.
A szénhidrogének pirolízisének nagy endoterm reakciójához acetilénnel történő hőellátásának módszere négy eljárást különböztet meg.
1). Visszatérő pirolízis tűzálló fúvókákban lévő kemencékben; először füstgázokkal fűtik, majd a pirolizált nyersanyagot a fűtött fúvókán keresztül vezetik át. Ezek az időszakok váltakoznak.
2). Elektrokreking egy galván ív, ha a szénhidrogén nyersanyagot pirolizáljuk elektromos ívkemencében feszültségen az elektródák között 1000 V A villamosenergia-fogyasztás elérheti 13,000 kWh 1 tonna acetilén, amely a fő hátránya a módszer.
4). Oxidatív pirolízis, amelyben a szénhidrogének exotermikus égési reakciója és az endotermikus pirolízis folyamata egy berendezésben egyesül.
Mindezen módszerek az acetilén szénhidrogének pirolízisére használják az iparban, de a legkedvezőbbek közül az oxidatív pirolízis.
4. Az acetilén termelés fizikokémiai alapja a metán termooxidált pirolízisének módszerével.
Metánból és más paraffinokból az acetilént magas hőmérsékletű pirolízis útján állítják elő a következő reverzibilis reakciók révén:
Ezek a reakciók endotermek, egyensúlyuk csak 1000-1300 ° C-on jobbra mozog. Az eljárás gyakorlati megvalósításában azonban annak felgyorsítása érdekében magasabb hőmérsékletre van szükség: 1500-1600 ° C metán és 1200 ° C folyékony szénhidrogének esetében.
Az olefinekkel végzett pirolízishez hasonlóan az acetilénképző reakciók radikális láncmechanizmussal is rendelkeznek, a metán és etán transzformáció lánca a következőképpen ábrázolható:
A termelt gáz más, mint az alacsonyabb paraffinok és olefinek, amely kis mennyiségű benzol és acetilén-szénhidrogéneket - CH3 --SSN metilacetilénnel és vinylacetylene CH2 = CH - CCH, diacetylene SNA - CCH et al.
Az acetilén termelést ezzel a módszerrel bonyolítja a szén és hidrogén bomlásának mellékreakciója. Észrevehető 1000 ° C-on, és jelentős sebességet ér el 1200-1600 ° C-on, vagyis az acetilén előállításához szükséges hőmérsékleten. Ennek eredményeként az egymást követő reakciók rendszerét megfigyeljük, ahol a kapott acetilén hidrogéngázra és szénre (szénfekete) bomlik:
Ugyanúgy, mint más ilyen esetekben, a köztitermék hozamának szabályozását úgy érhetjük el, hogy a kiindulási szénhidrogének konverziójának csökkentésével csökken a kiindulási szénhidrogén konverziója. Azt találtuk, hogy jó hozamú acetilén kis kőzetképződéssel állítható elő 50% -os kiindulási szénhidrogén átalakulása és tartózkodási ideje a 0,01 s reakciózónában. Az acetilén további bomlásának elkerülése érdekében a reakciógázok (vízinjekció) gyors "kioltása" szükséges, míg a hőmérséklet olyan mértékben csökken, hogy az acetilén bomlása nem fordul elő.
Az oxigénhiány és a magas hőmérséklet miatt a metán elégetése főként válaszként jelentkezik:
Gyorsan fejlődik, és az acetilén képződése (mint lassabb folyamat) csak egy olyan zónában kezdődik, amely gyakorlatilag oxigénhiányos. Szén-monoxid átalakulása is van
És a hidrogén, a szén-oxidok és a vízgőz aránya közel van ehhez a vízgáz-egyensúlyhoz. Gyakorlati körülmények között az oxigén körülbelül 1/3-a felhalmozódik víz, 10-15% CO2 és 50-55% CO esetén.
Ahogyan az eljárás előrehalad autotermálisan, hogy a hőmérsékletet 1500 ° C, szükséges lebomlanak a metán, CH4 és O2 aránya kezdeti térfogatok kell lennie 100: (6065), amely kívül esik a robbanási határok e vegyületek keverékei. Veszélyes koncentrációk csak a keverés során fordulhatnak elő, elég nagy sebességgel és a gázáramlás turbulenciáján. A metán nagyon elégetését az indukció bizonyos időszaka jellemzi, amelynek időtartama függ a hőmérséklettől és a nyomástól. A metán-oxigén keverék a fenti készítmény atmoszferikus nyomáson és 600 ° C, az indukciós periódus 2c, ami korlátozza az összekeverés az előmelegített gázokat bevezetést megelőzően az égőbe, ahol az öngyulladás a keverék. Az égő fúvóka (100 m / s) gázáramlási sebességének magasabbnak kell lennie, mint a lángterjedési sebesség, így a láng nem fordulhat ellentétes irányba. Ugyanakkor stabil égési rendszerrel a gázsebesség nem lehet nagyobb, mint a lángok leállításának sebessége, hogy az ne legyen leválasztva az égőből. A turbulens áramlás égésű stabilitását elősegítik ellátási további oxigén az égési zónába (úgynevezett stabilizáló oxigén) és multinozzle készülék több fáklyák égési stabilizálja egymást.
Az acetilén metán oxidatív pirolízisével történő előállítására vonatkozó technológiai rendszert az 1. ábrán mutatjuk be. 1. Oxigén és a metán-ra melegítjük, 600--700 ° C-on egy csőkemencében az 1. és 2., amelynek égési kemencébe földgáz. A reaktorban 3 fordulhatnak elő-tekinthető eljárásban a tisztított gázokat után ebből a „kvencselés” vízben 80 ° C-on, és vizsgáljuk a csapdázó korom üreges vizet gázmosó 4. és mokroplenochny porleválasztó 5. A gázokat lehűtjük vízhűtő 6 közvetlen összekeverése, amelyek elteltével mossuk forabsorbere 7, kis mennyiségű dimetil-formamid vagy N-metil-pirrolidon, és tápláljuk a gáz tartály 8. a víz folyik a hidraulikus szelep és a reaktor sazheulavlivayuschih berendezés tartalmaz 2-3% kormot, és alacsony illékony aromás kapcsolt Nia. Ez belép a olajteknő 9 a tetején, amely a korom, és a gyantát összegyűjtjük kaparók és irányított égő. Víz a derítő visszavezetik a reaktorba, mint egy „kvencselőszer”, és a többletet tisztítani, mint létrehoz egy zárt cirkulációs rendszer elvetése nélkül toxikus szennyvíz.
Gázt a gáz a 8 tartály van tömörítve 10 kompresszor egy 1 MPa nyomáson, miután áthaladt minden szakaszában hűtők és szeparátorok, nem látható az ábrán. A 11 abszorber van mossuk dimetil-formamiddal vagy N-metil-pirrolidon, és nepoglotivshiysya gáz (H2. CH4. CO, CO2) átmegy gázmosó 12, ahol öntözővíz kondenzátum elfogják fújt őket vékonyabb. Ezután a gáz használható szintézisgázként vagy üzemanyagként.
A 11 abszorbens kocka alakjában lévő oldat acetilént és homológjait, valamint jelentős mennyiségű szén-dioxidot tartalmaz, hasonlóan más gázokhoz. Átmegy a 13 fojtószelepen és belép az első szakasz 14 deszorterébe. A nyomás 0,15 Mc-ra való csökkentésével és a kocka 40 ° C-ra történő hevítésével acetilén és kevésbé oldódó gázok deszorbeálódnak az oldatból. Az acetilén felfelé történő elmozdulásakor az oldatból széndioxidot távolít el, amely más gázokkal és az acetilén egy részével együtt elhagyja a sztripper tetejét, miután az oldószert vízzel kondenzálták. Ezeket a gázokat visszatömörítik. A koncentrált acetilént a 14 deszorber középső részéből visszavonjuk, 15 vízzel mossuk és egy 16 égésgátló anyagon keresztül eltávolítjuk a készülékből.
Alsó folyékony deszorbeáló 14 tartalmú, bizonyos mennyiségű acetilén és homológjai arra irányul, hogy a sztrippelő 18 a második szakaszban, az előfűtő hőcserélőn 17. Mivel a kocka melegítés 100 ° C-oldatból desztillál minden olyan gáz, és a közepén az oszlop elhagyása homológok Acetilén irányított majd égés, és egy felső - acetilén adalékolt homológjai visszatért deszorbeáló az első szakaszban. Az oldószerben fokozatosan felhalmozódnak a víz és a polimerek, amelyekből felszabadulnak egy regenerálóberendezésben, amely a rajzon nem szerepel. A kapott koncentrált a berendezés tartalmaz acetilén 99,0--99,5% alapanyag elegyített metilacetilénnel, propadién, és szén-dioxid (a 0,1--0,3%).
Ábra. 1. A metán acetilén oxidatív pirolízisének technológiai terve
1, 2 - cső alakú kemencék; 3 - reaktor; 4 - mosó-koromfogó; 5 - elektrosztatikus leválasztó; 6 - hűtőszekrény; 7 - foborsorber; 8 - gasholder; 9 - ülepítő tartály; 10 - kompresszorok; 11 - abszorber; 12, 15 - súrolók; 13 - fojtószelep; 14, 18 - desorbers; 16 - tűzgátló; 17 - hőcserélő; 19 - kazánok;