Способи отримання ацетилену у промисловості. Характеристика сировини, напівфабрикатів та готової продукції. Фізичні і хімічні властивості ацетилену. Піроліз природнього газу – метод виробництва ацетилену (схема, розрахунки балансів, апарату і обладнання).
Ацетилен в промисловості одержують декількома способами, використовуючи два види сировини: карбід кальцію, отриманий з обпаленого вапна, а також різноманітна вуглеводнева сировина. У цей час із всіх відомих методів одержання ацетилену з вуглеводневої сировини промислове використання знайшли три: гомогенний піроліз рідкої вуглеводневої сировини, електрокрекінг природного газу й окислювальний піроліз природного газу. ацетилен піроліз природній
Є багато різновидів кожного методу, що відрізняються конструкцією основного апарата, технологічною схемою й параметрами виробництва.
Здобуття ацетилену з карбіду кальцію
Карбід кальцію отримують з оксиду кальцію і коксу в електродугових печах. Реакція сильно ендотермічна і вимагає великих витрат електроенергії, що складає істотний елемент в собівартості вироблюваного ацетилену. При розкладанні карбіду кальцію, що утворився, водою по екзотермічній реакції виходить ацетилен: САО 3С > САС2 СО, САС2 2Н2О> С2Н2 Са(ОН)2 - ?Н 0298 = 127,1 КДЖ/моль.
З 1кг технічного карбіду кальцію, що містить домішки коксу, оксиду кальцію і інших речовин, виходить 230-280 л ацетилену. Теоретично з 1 кг чистого САС 2 повинне утворитися 380 л С2Н2.[1]
При розкладанні карбіду кальцію слід дотримувати деякі умови для нормального протікання процесу. Реакція є гетерогенною, і її швидкість залежить від розміру шматків карбіду, особливо сильно зростаючи при використанні карбідної дрібниці і пилу. Реакційну масу необхідно перемішувати, оскільки інакше на шматках карбіду може утворитися шар вапна, що перешкоджає повному розкладанню карбіду і що наводить до місцевих перегрівів. З реакційної зони необхідно постійно відводити тепло, аби оберегти ацетилен від можливої полімеризації і розкладання.
Ацетиленові генератори за принципом відведення тепла бувають двох типів.
1. Генератори «мокрого» типа, в яких реакційне тепло сприймається надлишковою водою, що нагрівається при цьому до 50-60?С. У них на 1 кг
САС2 витрачається близько 10 кг води, причому гідроксид кальцію виходить у вигляді суспензії у воді, мало придатній для подальшої утилізації.
2. Генератори «сухого» типа, в яких реакційне тепло відводиться невеликою кількістю надлишкової води за рахунок її випару. В цьому випадку гідроксид кальцію виходить в сухому стані, і його легко використовувати для приготування будівельних матеріалів.
Генератори «мокрого» типа поділяють за способом завантаження реакторів на наступні системи: «карбід у воду», «вода на карбід» і контактні, в яких вода і карбід кальцію знаходяться в постійному зіткненні. Найбільш безпечними і застосовними для виробництва ацетилену в крупних масштабах є генератори типа «карбід у воду». У цих апаратах шматки карбіду відразу занурюються в надлишок води, чим виключаються перегріви і створюються умови для кращого відведення реакційного тепла.
Метод виробництва ацетилену з карбіду кальцію має ряд технологічних достоїнств. Ацетилен виходить більш чистим і дуже високої концентрації, що виключає необхідність виділення його з реакційних газів і спеціального очищення. Карбід кальцію можна легко транспортувати, тому райони його виробництва можна віддалити від місць споживання ацетилену.
Здобуття ацетилену з вуглеводнів
Вихідною сировиною для здобуття ацетилену можуть служити газоподібні парафінові вуглеводні (метан, етан, пропан, бутан) і рідкі нафтові фракції, наприклад прямогінні бензини.
Вибір вуглеводневої сировини залежить від ряду чинників, що в сукупності визначають економічність процесу в цілому, від наявності ресурсів сировини, питомої витрати енергії, виходу ацетилену і його концентрації в продуктах реакції, від кількості і вартості побічних продуктів і можливості їх рентабельного використання.
Енергетично найменш вигідною сировиною для здобуття ацетилену є метан. Піроліз метану проводиться при вищих температурах, ніж його гомологів. Проте метан використовується для здобуття ацетилену на багатьох установках. Пояснюється це тим, що метан - найбільш доступний і дешевий з вуглеводнів; він є основним компонентом багатьох природних газів, і останні можуть застосовуватися для виробництва ацетилену без розбавлення.
З метану і інших парафінів ацетилен отримують шляхом високотемпературного піролізу по наступних оборотних реакціях: 2СН4 - С2Н2 3Н2, - ?Н 0298 =-376 КДЖ/моль;
С2Н6 - С2Н2 2Н2 , - ?Н 0298 =-311 КДЖ/моль.
Ці реакції ендотермічні, і рівновага для СН4 зміщується управо лише при 1300?С. Проте при практичному здійсненні процесу з метою його прискорення потрібна вища температура: 1500 ?С.
Механізм утворення ацетилену з вуглеводнів до теперішнього часу повністю не зясований. Передбачають, що процес протікає за участю вільних радикалів(•СН3, •СН2•). Запропонована наступна схема утворення ацетилену: СН4 - Н2 > •СН2• СН4 > СН3-СН3 - 2Н2 > С2Н2
Здобуття ацетилену даним методом ускладнюється побічною реакцією його розкладання на вуглець і водень.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
