Производство ацетилена методом пиролиза низших углеводородов

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

Для производства ацетилена пиролизом чаще всего применяется наиболее легкое сырье – метан, реже – бензиновые фракции или газообразные углеводороды С₂. – С₃. Для жидкого сырья пиролиз проводят при менее высокой температуре. При температуре выше 1000 термодинамическая стабильность ацетилена становится более высокой, чем у алканов или алкенов. Полностью равновесие в сторону образования ацетилена смещается при температуре 1700 0С. Но по технико-экономическим соображениям используется более низкая температура.

Основные протекающие реакции

При использовании в качестве сырья метана проходят реакции конденсации двух молекул с одновременным дегидрированием

2СН₄ → С₂Н₂+ 3Н₂

Побочными реакциями являются:

- образование бензола

3С₂Н₂→ С₆Н₆

- образование ненасыщенных ацетиленовых производных

СН₃ – С ≡ СН, СН₂ = СН – С ≡ СН, СН ≡ С – С ≡ СН

- полное расщепление до кокса

СН ≡ СН → 2С + Н₂

Чтобы снизить степень коксообразования, обычно поддерживают конверсию сырья около 50%, регулируя время пребывания. Для закалки продуктов (быстрого охлаждения во избежание протекания побочных реакций) в середину реактора впрыскивается вода.

Для проведения пиролиза с целевым получением ацетилена могут использоваться различные технологии:

1. трубчатые печи – применяются мало из-за коксообразования в основном при использовании в качестве сырья пропана, его разбавляю перегретым водяным паром (1: 6, 5). При этом получают смесь этилена и ацетилена (1300⁰)

2. печь Вульфа – один из широко применяемых вариантов

Печь состоит из трех камер. Камеры 1 и 3 – заполнены неподвижной насадкой (обычно - тонкие глиноземные пластины). Во вторую камеру через трубки впрыскивается топливо. Печь работает циклически:

1) Холодный воздух подается в камеру 1, нагревается от контакта с насадкой (она горячая из-за проведенного в предыдущем цикле пиролиза). Нагретый воздух идет в камеру 2, там сгорает топливо, топочные газы идут в камеру 3, нагревают там насадку до требуемой для пиролиза температуры и выводится.

2) Переключаются линии подачи в печь, в камеру 3 подаются сырье и пар. Они быстро нагреваются при контакте с нагретыми пластинами и происходит пиролиз. Продукты, минуя секцию 2, идут в камеру 1.

3) Повторяется цикл 1, но в обратном направлении.

4) Аналогично пункту 2, но в обратном направлении.

3. окислительный пиролиз – является наиболее экономичным, начальное соотношение метана и кислорода 1: (0, 6-0, 65). Это позволяет быстро достичь требуемой температуры за счет сгорания части углеводорода. Кроме того, такая смесь метана и кислорода находится вне пределов взрываемости. В первой зоне реактора протекает наиболее быстрая реакция горения

СН₄+О₂ → СО + Н₂ + Н₂О

Часть СО успевает окислиться в СО2: СО + Н₂О → СО₂ + Н₂

Далее протекают указанные выше целевые и побочные реакции. На выходе средний состав газа: 7-9% С₂Н₂, 45-55% Н₂, 5-15% СН₄, 26-27% СО, 3-4% СО₂, на уровне 0, 2-0, 3% - гомологи ацетилена. Достаточно низкая концентрация ацетилена в продуктах является недостатком. Другой недостаток - большие затраты на очистку от примесей.

Производство синтез-газа термической газификацией углеводородов (высокотемпературной конверсией)

Процесс термической (без катализаторов) конверсии мазута или других тяжелых фракций в синтез-газ проводят при температуре 1300-1500⁰ при повышенном давлении. Исходным сырье является метан или жидкие нефтяные фракции. Давление используется высокое 2-14 МПа.

Для создания нужных температур обычно используют сгорание части сырья за счет подачи кислорода, то есть ведут процесс в режиме окислительной конверсии. По аппаратурному оформлению этот вариант близок к окислительному пиролизу с получением ацетилена. Основным отличаем, является время пребывания в реакционной зоне - до 1 сек.

Для достижения требуемой температуры применяют окислительный вариант (ввод недостатка кислорода). Окисление углеводородов происходит намного быстрее других протекающих реакций, поэтому в первой зоне реакторе идет сгорание части сырья:

C_nH₂_n₊₂ + О₂ → СО + Н₂+ Н₂О + СО₂

Оставшееся сырье очень быстро нагревается и протекает основная реакция его взаимодействия с водой с образованием синтез-газа:

C_nH₂_n₊₂ + n Н₂О → nCO + (2n+1)H₂

При больших значениях n соотношение СО: Н₂ =1: 2. При необходимости регулирования соотношения СО и Н₂ (например, для производства метанола оптимально СО: Н₂ =1: 2, 3) термическую конверсию на первой ступени сочетают с каталитической реакцией на второй ступени – в отдельном реакторе на оксидах часть СО расходуется, а водород образуется по реакции:

СО + Н₂О СО₂ + Н₂

Часто на первой ступени воду берут в избытке – это повышает конверсию углеводородов по основной реакции (применяют избыток до 3-4 кратного).

Введение воды (водяного пара) снижает также образование сажи.

В получаемых газах, кроме СО и Н₂, обычно содержится СО₂, примеси углеводородов инертных газов. Для извлечения СО₂ из реакционных газов используется этаноламинная или поташная (карбонатом калия) очистка.

Основные достоинства термического процесса получения синтез-газа: возможность применения тяжелого сырья; высокая производительность; простая конструкция основного аппарата (конвектора) – пустотелый аппарат.

Описание схемы: мазут под давлением 2-3 Мпа подогревается до 500-800 0С в блоке 1 рекуперации тепла горячих газов конверсии. Этот блок состоит из теплообменников и котла-

⇐ Предыдущая 1 2 34