PROCESUL DE OBȚINERE A ACETEIENULUI CU PIROLIZAREA TERMOCICCLITULUI
1. Proprietățile acetilenei care definesc marfa și tehnologia
Acetilena C2H2 are o reactivitate mai mare decât olefinele. Este unul dintre cei mai importanți compuși de pornire pentru sinteza unui număr mare de produse organice diverse.
Acetilena - un gaz incolor, care in forma sa pura are un miros slab de eter; condensat la -83,8 ° C (0,102 MPa); temperatura critică este de +35 ° C; presiunea critică este de 6,04 MPa. Are limite explozive foarte largi într-un amestec cu aer [2,0-81% (în volume) C2H2] și cu oxigen [2,8-78% (vol.) C2H2]. Explozivitatea acetilenei este agravată datorită exotermicității ridicate a descompunerii sale în substanțe simple:
C2 H2 → 2C + H2 = 226,7 kJ / mol.
Această descompunere se realizează în absența oxigenului în prezența unor inițiatori adecvați (scânteie, supraîncălzire datorată fricțiunii). La o presiune de până la 0,2 MPa, descompunerea este locală și nu este periculoasă. La o presiune mai mare, expansiunea preia caracterul unei explozii cu o undă de detonare propagând cu o viteză mai mare de 1000 m / s. Cu toate acestea, explozivitatea acetilenei este redusă atunci când este diluată cu gaze sau vapori inerți care acumulează căldura descompunerii primare a acetilenei și previne decăderea explozivă. Presiunea maximă sigură a amestecului depinde de concentrația de acetilenă (figura 1). Explozivitatea acetilenei crește puternic în prezența metalelor capabile să formeze acetilenide (de exemplu, Cu2 C2), care ar trebui să fie luate în considerare la alegerea materialelor structurale.
Pentru a proteja împotriva exploziilor limitează adesea presiunea în producerea acetilenei și sinteza diferitelor 0,2 sigure în afara MPa). Dacă acetilena presiune de lucru diluat cu azot și, uneori, în perechi reactivi. La comprimarea folosind compresoare acetilenă acetilenă speciale având viteză redusă a pieselor în mișcare, un mic grad de compresie și temperatura gazului după fiecare treaptă de compresor nu mai mult de 100 ° C La calcularea echipamentelor și a conductelor se ia o marjă de siguranță sporită. În plus, sunt utilizate dispozitive de siguranță speciale, amplasate în diferite puncte ale schemei tehnologice. Dintre acestea, închizătoarele uscate (sub formă de supapă cu bilă) sunt protejate numai de răspândirea flacării. Amortizoarele de flacără umede și obloanele hidraulice protejează echipamentele anterioare de răspândirea exploziei. Opritor Flame este un turn de ambalat, irigate cu apă și este un aparat etanș la apă, în care acetilenă este barbotat prin stratul de apă. În toate cazurile, atunci când presiunea setată este depășită, gazele sunt evacuate în atmosferă prin închizătoare hidraulice sau membrane de siguranță.
O altă proprietate importantă din punct de vedere tehnic a acetilenei este solubilitatea sa, mult mai mare decât cea a altor gaze de hidrocarburi. Astfel, într-un volum de apă la 20 ° C se dizolvă aproximativ 1 volum de acetilenă, și la 60 ° C, se dizolvă 0,37 volum. Solubilitatea scade în soluțiile apoase de săruri și Ca (OH) 2. mult mai mare solubilitate a acetilenei în lichide organice; la 20 ° C și presiune atmosferică, este (în cantitățile de acetilenă la 1 volum de solvent): 11.2 în metanol, acetonă 23, 32 în dimetilformamidă, N-metilpirolidonă acetilenă 37. Solubilitatea este important în prepararea și izolarea amestecurilor cu alte gaze, precum și buteliile cu acetilenă, în care un solvent (acetonă) pentru a crește capacitatea acestora și scăderea presiunii acetilenei.
Figura 1 Dependența presiunii de siguranță maximă admisă asupra concentrației de acetilenă într-un amestec cu azot
2. Materii prime pentru producerea de acetilenă. Perspectivele utilizării diferitelor materii prime
Carbura de calciu este obținută din oxid de calciu și cocs în cuptoare cu arc electric. Reacția este extrem de endotermică și necesită o cheltuială mare de energie electrică, care este un element esențial al prețului de cost al acetilenei produse.
Materia primă pentru prepararea acetilenei poate servi hidrocarburi gazoase parafinice (metan, etan, propan, butan) și fracțiuni petroliere lichide, cum ar fi benzine drepte-run.
Selecția de hidrocarburi depinde de mai mulți factori, care definesc în mod colectiv eficiența procesului global, cu privire la disponibilitatea resurselor de materii prime, consumul de energie, iar concentrația de evacuare a acetilenei în produsele de reacție, cantitatea și costul produselor de către și posibilitatea utilizării lor profitabile.
Cu toate acestea, tehnologia industrială pentru prelucrarea gudronului și a altor reziduuri de petrol nu a fost încă dezvoltată complet, din cauza căruia această materie primă nu este încă utilizată.
Din punct de vedere energetic, materia primă cea mai puțin profitabilă pentru obținerea acetilenei este metanul. Piroliza necesită mai multă căldură (91 kcal / mol), în timp ce piroliza etanului și propanului necesită 78 și, respectiv, 61,9 kcal / mol. Piroliza metanului se efectuează la temperaturi mai ridicate decât omologii săi. Cu toate acestea, metanul este utilizat pentru a produce acetilenă la multe plante. Acest lucru se explică prin faptul că metanul este cel mai accesibil și ieftin de hidrocarburi; este componenta principală a gazului natural, iar acesta din urmă poate fi utilizat pentru producție fără separare.
3. Metode industriale moderne pentru producerea de acetilenă
Există două metode de producere a acetilenei: cea mai veche se face din carbură de calciu și una nouă din hidrocarburi.
Când carbură de calciu descompusă formată din apă, o reacție exotermă produce acetilenă:
De 1 kg de carbură tehnică de calciu, conținând impurități de cocs, oxid de calciu și alte substanțe, se evidențiază 230-280 litri de acetilenă (această valoare se numește carbură de carbură). Teoretic, de la 1 kg de CaCl2 pur, trebuie să se formeze 380 l de C2H2.
Când se descompune carbură de calciu, trebuie respectate anumite condiții pentru desfășurarea normală a procesului. Reacția este eterogenă, iar viteza acesteia depinde de mărimea bucăților de carbură, în special în creștere cu utilizarea de particule de carbură și de praf. Masa de reacție trebuie să fie amestecată, deoarece altfel se poate forma un strat de var pe piesele de carbură, împiedicând descompunerea completă a carburii și conducând la supraîncălzirea locală. Din zona de reacție, este necesară eliminarea constantă a căldurii pentru a proteja acetilenă de posibila polimerizare și descompunere.
Prin metoda furnizării căldurii pentru realizarea unei reacții extrem de endotermice de piroliză a hidrocarburilor la acetilenă, se disting patru metode.
1). Piroliza regenerativă în cuptoare cu duza refractară; acesta este mai întâi încălzit cu gaze de ardere și apoi materialul brut pirolizat trece prin duza încălzită. Aceste perioade se alternează.
2). Elektrokreking folosind un arc voltaic, când materia primă de hidrocarburi piroliza într-un cuptor cu arc electric, la o tensiune între electrozii 1000 V. Consumul de energie electrică ajunge la 13.000 kWh per 1 tonă de acetilenă, care este principalul dezavantaj al metodei.
4). Piroliza oxidativă, în care reacția exotermică de ardere a hidrocarburilor și procesul de piroliză endotermă sunt combinate într-un singur aparat.
Toate aceste metode de piroliză a hidrocarburilor pentru acetilenă sunt utilizate în industrie, dar cea mai economică dintre ele este piroliza oxidativă.
Mai mult: Baza fizico-chimică a procesului de producere a acetilenilor prin piroliza termo-oxidată a metanului
Informații despre lucrarea "Producerea acetilenei"