Методы получения ацетилена

Расчетно-графическая работа.

Методы получения ацетилена.

Наличие в ацетилене тройной связи обуславливает исключительно высокую реакционную способность его, которую используют в самых разнообразных синтезах, основанных на реакциях присоединения, конденсации и полимеризации. В настоящее время на базе ацетилена и его простейшего гомолога – винилацетилена – промышленность выпускает широкий ассортимент продуктов и полупродуктов тяжелого органического синтеза (уксусный альдегид и кислоту, этиловый спирт, ацетон и т. д.). Ацетилен и винилацетилен являются также исходными продуктами для получения разнообразных растворителей, различного рода синтетических каучуков, пластмасс, эфиров, полиамидных смол.

Ацетилен может быть получен либо из углеродов, либо карбидным способом. Предпочтительное применение того или иного метода зависит главным образом от наличия в данном географическом районе нефтяного сырья, природного газа, энергетических ресурсов, кокса и известняка.

Метод производства ацетилена из карбида кальция имеет ряд технических достоинств. Ацетилен получается концентрированным (99,9%), что исключает необходимость его выделения из реакционных газов и специальной очистки. Карбид кальция можно легко транспортировать, поэтому районы его производства могут быть удалены от мест производства и потребления ацетилена. Мощности цехов по производству карбида кальция достигают 600 тыс.т карбида в год.

С 50-х гг. разрабатывается и развивается процесс получения ацетилена, основанный на пиролизе углеводородов. Пиролиз заключается в разложении и различных превращениях исходных углеводородов при температуре выше 1000 К в адиабатических условиях за время 0,005 – 0,02 с. В течении этого времени необходимо нагреть сырье, провести целевую химическую реакцию, охладить образовавшиеся продукты до – 500 К.

В качестве сырья для получения ацетилена практически могут быть использованы использованы любые углеводороды и их смеси. Однако установлено, что химический состав сырья существенно влияет на выход ацетилена. Наибольший выход получается при пиролизе парафинов нормального строения. Наименее пригодное сырье – ароматические углеводороды. При их разложении велик выход сажи и смол. Энергоемкость процесса зависит от молекулярной массы исходного углеводорода: чем он выше, тем меньше удельные затраты энергии. Состав сырья определяет также температуру и давление процесса: чем выше молекулярная масса углеводородов, тем ниже оптимальная температура и тем не благоприятнее повышение давления.

Различают следующие технологические схемы пиролиза в зависимости от способа подачи теплоты в реакционную зону.

1.Регенеративный способ пиролиза. Процесс протекает на стационарной или движущейся огнеупорной насадке. Насадка периодически или постоянно нагревается топливным газом до 1800 – 2000 °С. После протекания экзотермических реакций пиролиза насадка охлаждается до 800 – 900 °С. Затем ее теплоту используют для подогрева углеводородов, воздуха или топливного газа. При движущейся твердой насадке стадии процесса остаются теми же, но насадка последовательно перемещается через зоны нагрева и охлаждении в реакторе. Пиролиз протекает при низком общем давлении. Для снижения парциального давления исходное сырье разбавляют водяным паром или возвратными газами. Цикличный характер процесса и многообразие реакций затрудняют характер работы и расчет регенеративной печи. Из-за отсутствия закалки здесь трудно выдержать заданное время реакции.

2.Пиролиз в трубчатых печах. В данном случае подогретый углеводород пропускают через трубы , обогреваемые снаружи продуктами сгорания топливного газа. Теплообмен осуществляется через стенку. Поэтому необходимо следить за равномерностью обогрева труб и применять конструкционные материалы повышенной жаростойкости и прочности. По сравнению с регенеративными процессами здесь имеются определенные преимущества: можно создать непрерывный процесс и получать более концентрированные газы, так как они не разбавляются продуктами сгорания. Однако метод не получил существенного развития из-за отсутствия жаростойких материалов и сложности конструирования подобных печей.

3.Гомогенный пиролиз в потоке газообразного носителя. В этом случае углеводороды вдувают в струю горячих продуктов сгорания топливного газа. Углеводороды и теплоноситель смешиваются непосредственно в среде реакции. Высокое тепловое напряжение в реакционной зоне позволяет создавать относительно малогабаритные реакторы с высокой производительностью по сырью.

4.Пиролиз погружным горением . Здесь осуществляется непосредственный контакт жидких углеводородов с продуктами сгорания, образующимися в погружной горелке.

5.Окислительный пиролиз горением. При окислительном пиролизе теплота, необходимая для проведения эндотермической реакции образования ацетилена, получается в результате сжигания части исходного сырья в атмосфере кислорода. Окислительный пиролиз метана представляет собой сумму параллельных и последовательный реакций. При оптимальном времени образования ацетилена балансовое уравнение имеет вид: