работа (стр. 4 из 5)
При пиролизе метана в плазменной струе удается достигнуть высоких выходов ацетилена.
На рис. 7 приведена схема реактора для пиролиза метана в струе аргоновой или водородной плазмы.
Рис. 7. Реактор для получения ацетилена из метана в плазменной струе.
1.Плазмотрон, 2. Реактор, 3. Закалочная камера, 4. Газоотделительная камера.
Плазмотрон состоит из вольфрамового катода и охлаждаемого водой медного анода. Газ-теплоноситель – аргон или водород – проходит через каналы в дуговую камеру между катодом и анодом, в которой горит дуга. Аргон или водород нагреваются до температуры 4000 – 45000С и истекают в виде плазменной струи через сопло в аноде. Температура газа зависит от электрического режима плазмоторна и расхода газа-теплоносителя. Метан подается в реактор 2 в плазменную струю. Время пребывания его в зоне реакции 10-4 – 10-3 с. Закалка газа пиролиза осуществляется в камере 3 вспрыском воды перпендикулярно газовому потоку. Отделение газообразных продуктов реакции от воды, введенной для закалки, осуществляется в газоотделительной камере 4.
Конверсия метана в ацетилен составляет до 87 % в аргоновой плазме и до 73 % в водородной плазме при суммарной конверсии метана до 99 и 94 % соответственно. Помимо ацетилена образуются водород, этилен, этан и пропан. Расход электроэнергии составляет около 14 кВт∙ч на 1 т ацетилена.
3. Сравнение различных процессов получения ацетилена
В настоящее время в некоторых странах (США, ФРГ) 40 – 50 % ацетилена получается из углеводородного сырья. В нашей стране эти методы также приобретают все большее распространение, хотя значительные количества ацетилена до сих пор получаются и карбидным методом.
Из методов переработки углеводородного сырья на ацетилен наибольшее применение получил окислительный пиролиз. Преимущества окислительного пиролиза перед термическим представлены в таблице 1, где сопоставлены показатели этих двух методов.
Таблица 1
Показатели процессов получения ацетилена окислительным и термическим пиролизом
| Показатели | Окислительный пиролиз | Термический пиролиз | ||
| Газового бензина | Метана | Газового бензина | Метана | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Условия процесса: | 2030 | 1400 | 880 | 985 |
| Температура, 0С | ||||
| Время пребывания, с | 0,003 | 0,0224 | 0,030 | |
| Кислород:сырье, кг/кг | 1,16:1 | 0,65:1 | - | - |
| Водяной пар:сырье, кг/кг | 1,5:1 | - | 3,65:1 | 4,4:1 |
| Состав газа, объемн, % | ||||
| Водород | 42,5 | 53,1 | 47,5 | 53,4 |
| Азот | 4,3 | 1,0 | 3,6 | 5,0 |
| Двуокись углерода | 10,5 | 3,4 | 2,4 | 1,4 |
| Метан | 8,9 | 5,4 | 11,2 | 12,4 |
| Окись углерода | 17,9 | 28,3 | 13,8 | 7,3 |
| Ацетилен | 10,0 | 8,0 | 10,3 | 14,3 |
продолжение таблицы 1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Этилен | 4,4 | 0,8 | 8,5 | 5,2 |
| Высшие олефины | 0,5 | - | 0,5 | 0,1 |
| Высшие ацетилены | 0,7 | - | 1,0 | 0,6 |
| Ароматические соединения | 0,2 | - | 1,0 | 0,4 |
| Выход, масс. % от сырья | ||||
| Ацетилен | 30,3 | 30,2 | 21,1 | 34,4 |
| Этилен | 14,4 | 3,3 | 18,8 | 13,5 |
Экономичность окислительного пиролиза лимитируестся необходимостью использования побочно образующихся водорода и окиси углерода (синтез-газ) для других ценных продуктов, что не всегда возможно.
Пиролиз в реакторах регенеративного типа почти не применяется вследствие их низкой производительности, периодичности действия и сложной автоматики.
Гомогенный пиролиз благодаря простоте аппаратурного оформления является перспективным процессом, но для его осуществления требуется перегретый пар высоких параметров. В случае использования в качестве теплоносителя продуктов сгорания происходит разбавление ими газа пиролиза.
Пиролизу в трубчатых печах при производстве ацетилена присущи те же недостатки, что и при производстве этилена. Однако в случае ацетилена требуются, кроме того, специальные огнеупорные сплавы, возникают серьезные трудности с компенсацией тепловых расширений и можно лишь ограниченно повышать температуру процесса. Электрокрекиенг не получил широкого распространения вследствие очень большого расхода электроэнергии.
Пиролиз в плазменной струе пока не вышел за рамки лабораторных и пилотных установок. Однако этот процесс представляется перспективным вследствие очень высокого выхода ацетилена и сравнительно небольшого расхода электроэнергии.
4. Технология процесса
Ацетилен может извлекаться из газа пиролиза метана либо, в случае пиролиза с совместным получением этилена и ацетилена, из газа пиролиза более тяжелых видов сырья. Наряду с ацетиленом в газе пиролиза содержатся различные углеводородные компоненты и водород, а при окислительном пиролизе – значительные количества окиси и двуокиси углерода. Концентрация ацетилена в газах пиролиза может колебаться в довольно широких пределах (от 5 до 30 объемн. %), но, как правило, не превышает 15 объемн. %. В состав ацетиленсодержащих газов входят также метан, этилен, гомологи ацетилена, примеси ароматических углеводородов, азот и частицы сажи. Содержание отдельных компонентов в газе пиролиза зависит от метода получения ацетилена.
В отличие от этилена ацетилен не может быть выделен из газа пиролиза низкотемпературной ректификацией, так как ацетилен, как и двуокись углерода, переходит из газовой фазы в твердую, минуя жидкую фазу. Этим предопределяется выбор методов выделения ацетилена: абсорбцией или адсорбцией. Практическое значение в мировой практике получил абсорбционный метод выделения ацетилена.
Обычно газ пиролиза после закалки и охлаждения поступает на очистку от сажи промывкой маслом, фильтрованием через коксовые фильтры или в рукавных фильтрах. Очищенный от сажи газ пиролиза компримируется до давления 6 – 30 кгс/см2 (0,59 – 2,94 МН/м2), после чего он направляется на выделение ацетилена, обычно методом абсорбции.
Первым абсорбентом, применявшимся в промышленности для выделения ацетилена, являлась вода. В частности, ацетилен до сих пор извлекается водой из газов электрокрекинга углеводородов на заводе в Хюльсе (ФРГ). При этом получается ацетилен 97 % чистоты. Однако ввиду малой растворяющей способности воды по отношению к ацетилену требуется очень большой ее расход. Кроме того, необходима специальная отмывка газа от двуокиси углерода и сероводорода, а также промывка маслом или растворителями для удаления тяжелых углеводородов. В связи с этим применение воды в качестве абсорбента не получило широкого распространения.
Абсорбция ацетилена может проводиться при повышенных или при низких температурах. Для абсорбции при повышенных температурах применяются малолетучие абсорбенты, имеющие высокую температуру плавления (диметилформамид, N – метилпирролидон,
-бутиролактон), для абсорбции при низких температурах – летучие абсорбенты с низкой температурой плавления (аммиак, метанол, ацетон).4.1 Абсорбция ацетилена при повышенных температурах
Принципиальная технологическая схема выделения ацетилена из газа окислительного пиролиза с применением в качестве абсорбента N - метилпирролидона приведена на рис. 8.
