ПРОЦЕС одержання ацетилену термоокислювальну піролізу
1. Товарні і визначають технологію властивості ацетилену
Ацетилен С2 Н2 володіє більш високою реакційною здатністю, ніж олефіни. Він є одним з найважливіших вихідних з'єднань для синтезу великої кількості різноманітних органічних продуктів.
Ацетилен - безбарвний газ, що володіє в чистому вигляді слабким ефірним запахом; конденсується при -83,8 ° С (0,102 МПа); критична температура +35,5 ° С; критичний тиск 6,04 МПа. Він має дуже широкі межі вибуховості в суміші з повітрям [2,0-81% (об.) С2 Н2] і з киснем [2,8-78% (об.) С2 Н2]. Вибухонебезпечність ацетилену посилюється через високу екзотермічності його розкладання на прості речовини:
С2 Н2 → 2С + Н2 = 226,7 кДж / моль.
Це розкладання йде за відсутності кисню при наявності відповідних ініціаторів (іскра, перегрів через тертя). При тиску до 0,2 МПа розкладання має місцевий характер і не є небезпечним. При більш високому тиску розкладання набуває характеру вибуху з детонаційної хвилею, що розповсюджується зі швидкістю понад 1000 м / с. Однак вибухонебезпечність ацетилену знижується при його розведенні інертними газами або парами, які акумулюють тепло первинного розкладання ацетилену і перешкоджають його вибухового розпаду. При цьому максимальне безпечне тиск суміші залежить від концентрації ацетилену (рис. 1). Вибухонебезпечність ацетилену сильно зростає в присутності металів, здатних до утворення ацетіленід (наприклад, Сu2 С2), що треба мати на увазі при виборі конструкційних матеріалів.
Для запобігання від вибухів найчастіше обмежують тиск при виробництві ацетилену і різних синтезах безпечними межами-0,2 МПа.) При необхідності роботи під тиском розбавляють ацетилен азотом, а іноді парами реагентів. При стисненні ацетилену застосовують спеціальні ацетиленові компресори, які мають низьку швидкість переміщення рухомих частин, малу ступінь стиснення і температуру газу після кожного ступеня компресора не більше 100 ° С. При розрахунку апаратури і трубопроводів приймають підвищений запас міцності. Крім того, застосовують спеціальні запобіжні пристрої, що розміщуються в різних точках технологічної схеми. З них сухі затвори (у вигляді кулькового клапана) оберігають тільки від поширення полум'я. Мокрі вогнеперепинювачів і гідравлічні затвори захищають попередню апаратуру від поширення вибуху. Вогнеперепинювачів є вежу з насадкою, орошаемую водою, а гідравлічним затвором служить апарат, в якому ацетилен барботують через шар води. У всіх випадках при перевищенні встановленого тиску скидають гази в атмосферу через гідравлічні затвори або запобіжні мембрани.
Іншим технічно важливою властивістю ацетилену є його розчинність, значно вища, ніж у інших вуглеводневих газів. Так, в 1 об'ємі води при 20 ° С розчиняється близько 1 обсягу ацетилену, а при 60 ° С розчиняється 0,37 обсягу. Розчинність знижується в водних розчинах солей і Са (ОН) 2. значно вище розчинність ацетилену в органічних рідинах; при 20 ° С і атмосферному тиску вона становить (в обсягах ацетилену на 1 об'єм розчинника): у метанолі 11,2, в ацетоні 23, в диметилформаміді 32, N метилпіролідон 37. Розчинність ацетилену має важливе значення при його отриманні і виділення з сумішей з іншими газами, а також в ацетиленових балонах, де для підвищення їх ємності по ацетилену і зниження тиску використовують розчинник (ацетон).
Рис 1 Залежність максимально допустимого безпечного тиску від концентрації ацетилену в суміші з азотом
2. Сировинні джерела отримання ацетилену. Перспективи використання різної сировини
Карбід кальцію отримують з оксиду кальцію і коксу в електродугових печах. Реакція сильно ендотермічна і вимагає великих витрат електроенергії, що становить суттєвий елемент в собівартості виробленого ацетилену.
Початковою сировиною для отримання ацетилену можуть служити газоподібні парафінові вуглеводні (метан, етан, пропан, бутан) і рідкі нафтові фракції, наприклад прямогонні бензини.
Вибір вуглеводневої сировини залежить від багатьох факторів, в сукупності визначають економічність процесу в цілому, від наявності ресурсів сировини, витрати енергії, виходу ацетилену і його концентрації в продуктах реакції, від кількості та вартості побічних продуктів і можливості їх рентабельного використання.
Однак промислова технологія переробки гудрону і інших нафтових залишків ще повністю не розроблена, через що цю сировину поки не використовується.
Енергетично найменш вигідною сировиною для отримання ацетилену є метан. Для його піролізу потрібно затратити більшу кількість тепла (91 ккал / моль), в той час як для піролізу етану і пропану потрібно відповідно 78 і 61,9 ккал / моль. Піроліз метану проводиться при більш високих температурах, ніж його гомологів. Однак метан використовується для отримання ацетилену на багатьох установках. Пояснюється це тим, що метан - найбільш доступний і дешевий з вуглеводнів; він є основним компонентом природного газу, і останній може застосовуватися для виробництва без поділу.
3.Современние промислові способи отримання ацетилену
Існують два методи виробництва ацетилену: старіший - з карбіду кальцію і новий з вуглеводнів.
При розкладанні утворився карбіду кальцію водою по екзотермічної реакції виходить ацетилен:
З 1 кг технічного карбіду кальцію, що містить домішки коксу, оксиду кальцію та інших речовин, виходить 230-280 л ацетилену (ця величина називається літражем карбіду). Теоретично з 1 кг чистого СаС2 має утворитися 380 л С2 Н2.
При розкладанні карбіду кальцію слід дотримуватися деяких умов 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 бо інакше на шматках карбіду може утворитися шар вапна, що перешкоджає повного розкладання карбіду і приводить до місцевих перегрівів. З реакційної зони потрібно постійно відводити тепло, щоб оберегти ацетилен від можливої полімеризації і розкладання.
За способом підведення тепла для проведення високоендотермічной реакції піролізу вуглеводнів в ацетилен розрізняють чотири методи.
1). Регенеративний піроліз в печах з вогнетривкої насадкою; її спершу розігрівають топковим газами, а потім через розпечену насадку пропускають піролізуемое сировину. Ці періоди чергуються.
2). Електрокрекінг за допомогою вольтової дуги, коли вуглеводневу сировину піддають піролізу в електродугових печах при напрузі між електродами 1000 В. Витрати електроенергії доходять до 13 000 кВт-год на 1 т ацетилену, що складає головний недолік методу.
4). Окислювальний піроліз, при якому екзотермічна реакція горіння вуглеводнів і ендотермічний процес піролізу поєднані в одному апараті.
Всі ці способи піролізу вуглеводнів на ацетилен застосовують в промисловості, але найбільш економічним з них є окислювальний піроліз.
Читати далі: Фізико-хімічні основи процесу одержання ацетилену методом термоокислению піролізу метану
Інформація про роботу «Виробництво ацетилену»