Методы получения ацетилена, страница 3

Из рисунка 1 также видно, что максимумы концентрации этилена и ацетилена пространственно разделены: в потоке можно выделить участки, одни из которых обогащены этиленом, а другие ацетиленом. Это явление – также одна из особенностей плазмохимических процессов и ее можно использовать для управления процессами, вводя управляющие воздействия на равных участках плазменной струи.

Кривая изменения скорости также имеет сложный характер, объясняемый тем, что скорость зависит не только от температуры, но и от состава газовой смеси.

Анализ полученных результатов и сравнение их с данными по кинетике таких же реакций, протекающих в неподвижной среде, показывают, что струя играет роль “переносчика” химических реакций. Газодинамические явления практически не изменяют кинетические соотношения для изучаемых реакций и характерные интервалы продолжительности их стадий, а лишь в большей или меньшей степени растягивают эти реакции в пространстве. В то же время химические реакции, протекающие в плазменной струе, оказывают существенное влияние на динамику движения, т.е. на температуру, плотность вязкость струи, а следовательно, и на ее скорость. Вследствие этого влияния начальная скорость потока газа должна быть выше некоторого критического значения. При очень малых скоростях значительное понижение температуры плазменного потока, сопровождаемое также заметным понижением скорости, может привести к нарушению режимов в струе.

Термодинамические оценки процесса получения ацетилена из углеводородов показывают, что с понижением давления в системе выход ацетилена повышается. В производственных условиях удобнее не создавать вакуум, а снизить парциальное давление метана путем разбавления его газами, медленно реагирующими с углеводородами при температуре пиролиза. Разбавление метана приводит к снижению общей концентрации ацетилена, однако выход его повышается. Кроме того, разбавление метана приводит к уменьшению отложения углерода(в виде сажи) в реакторе, что повышает продолжительность непрерывной его работы. Наиболее перспективный разбавитель – водород. В некоторых случаях в качестве плазмообразующего газа целесообразно применять смесь водорода с метаном.

При конверсии метана в ацетилен в плазменной струе водорода степень конверсии определяется соотношением метана и водорода. Как видно из рис. 2, оптимальное объемное отношение метана к водороду примерно равно двум. При других отношениях содержание ацетилена в пирогазе снижается, а энергозатраты  существенно возрастают.

Для проведения реакции в плазменной струе необходимо обеспечить хорошее перемешивание исходного сырья –метана с плазменной струей – теплоносителем. Одновременное и глубокое протекание реакции во всем сечении потока возможно только при максимально быстром образовании однородной по сечению потока смеси. В практике синтеза ацетилена из углеводородов плазмохимическим способом получили распространение цилиндрические реакторы с радиальным вводом реагентов в поток плазмы. В реакционно-смесительной зоне происходит активное взаимодействие части сырья с теплоносителем при температуре, значительно превышающей среднемассовую температуру смеси, получаемою в приближении мгновенного перемешивания. Показатели процесса зависят, главным образом, от степени развития химических превращений в реакционно-смесительной зоне и определяются при прочих равных условиях временем смешения сырья и теплоносителя. Следует отметить, что в реакторах плазмохимического синтеза ацетилена по мере возрастания мощности агрегатов увеличивается относительный объем реакционно-смесительной зоны реактора.

Существенно, что при плазмохимическом пиролизе природного газа примеси к метану в количестве до 20 – 25% об. Практически не влияют на выход целевого продукта.

Исследования показали, что насыщенные углеводороды с большей, чем у метана молекулярной массой, превращаются в ацетилен легче, чем метан, и при более низких температурах. Режимы с максимальным выходом ацетилена для метана и пропана реализуются при 1800 – 2000 К, для более тяжелых углеводородов – при 1600 – 1800 К. В зависимости от состава углеводородного сырья, количества сажи и смол, образующихся при пиролизе, колеблется от 0,7 до 7 % масс. Наименьшее количество этих веществ образуется при пиролизе метана и циклогексана. Относительно большой выход сажи и смол наблюдается при пиролизе бензола.