Получение ацетилена методом пиролиза(?)

Промышленный процесс частичного сжигания углеводородов в многоканальных печах проводится следующим образом. Раздельно нагретые до 600 °С метан (800 м3/ч) и кислород (400—500 м3/ч) поступают в реакционную печь (рис. 3), футерованную в верхней и средней частях кирпичом. В верхней части печи находится цилиндрическая смесительная камера 7 диаметром 250 мм, в центр которой по трубе из жароупорной стали вводится кислород; метан поступает сбоку и равномерно распределяется по сечению аппарата, проходя через решетку 2 из жароупорной стали, расположенную над устьем кислородной трубы. В камере 7 оба газа полностью смешиваются. Мольное отношение кислорода к метану составляет 0,6—0,65. Температура в реакционной печи около 1500 °С, время пребывания газов 0,003 сек.



Рис. 3. Многоканальная реакционная печь для получения ацетилена окислительным пиролизом метана (печь Заксе):

1 — труба для ввода кислорода; 2—распределительная решетка;
3—нижняя колосниковая решетка; 4—форсунки для разбрызгивания охлаждающей воды; 5—реакционная камера;
6—верхняя колосниковая решетка; 7— смесительная камера.

В нижней части камеры смешения распределены одна над другой на расстоянии 50 мм две колосниковые решетки 3 и 6 из высокоогнеупорного силикатного материала (силлиманита). Колосниковая решетка 6 толщиной 25 мм является распределительной, а нижняя решетка 3 служит огнепреградителем. Для безопасной работы печи скорость движения метано-кислородной смеси должна значительно превышать скорость распространения фронта пламени в газе. Благодаря небольшим размерам отверстий (8—10 мм) газовая смесь проходит через решетку 3 со скоростью 30 м/сек, причем вследствие значительной ее толщины (200 мм) газ между колосниками не воспламеняется и пламя образуется только по выходе газовой смеси из каналов решетки 3.
В пусковой период в пространство под нижней решеткой вводят небольшое количество нагретого кислорода для стабилизации горения. Количество последнего не превышает 6% от общего количества кислорода, требуемого для процесса. Продукты по выходе из реакционной камеры 5 быстро охлаждаются до 80 °С в водяной завесе, создаваемой двумя рядами форсунок 4. Расход воды 6 м3/ч.
Для повышения экономических показателей процесса получения ацетилена из углеводородов в присутствии кислорода разработана новая конструкция реакционной печи, отличающейся тем, что для «закалки» ацетилена используют вместо воды бензиновые фракции.
Схема конструкции такой печи показана на рис. 4.


Рис. 4. Схема конструкции комбинированной печи для получения ацетилено - этиленовой смесей:

1 – смесительная камера; 2 – верхняя колосниковая решётка; 3 – нижняя колосниковая решётка; 4 – реакционная камера.

Метан (или другие углеводороды, а также бензиновые фракции) и кислород раздельно нагреваются, насыщаются водяными парами и смешиваются в камере. Пройдя через верхнюю колосниковую решетку 2, смесь поступает в реакционную камеру, где образуется ацетилен. В нижнюю часть камеры 4 через специальные распределительные устройства подают пары бензиновой фракции, которая, понижая температуру ацетилена, сама разогревается до 800 °С, в результате чего происходит пиролиз бензиновых углеводородов с образованием этилена и других олефинов. Далее реакционная смесь дополнительно охлаждается водой; газы пиролиза и конденсат выводятся из печи раздельно.
Использование тепла реакционных газов для пиролиза бензиновых углеводородов в значительной мере удешевляет стоимость ацетилена. Кроме того, проведение пиролиза под давлением 3 - 4 ат дает возможность получать технический водяной пар. Таким образом, можно дополнительно повысить тепловой коэффициент полезного действия печи с 77,5 до 91,6% за счет использования в виде технического пара около 7 млн. ккал тепла на 1 т получаемого ацетилена.
На рис. 5. показана печь конструкции «СБА — Келлог» для получения ацетилена из метана в присутствии кислорода.

Рис. 5. Многоканальная реакционная печь для получения ацетилена окислительным пиролизом метана:

1 - камера смешения; 2 - блок горелочкой плиты; 3 - реакционная зона; 4 - регулятор уровня воды.

Особенностью этой конструкции является отсутствие огнеупорной футеровки в зоне высоких температур. Весь реактор изготовлен из металла и охлаждается водой, стекающей в виде пленки по его стенкам. Вода одновременно удаляет сажу, что позволяет исключить скребковое устройство.
Технологическая схема установки для получения ацетилена из метана в присутствии кислорода показана на рис. 6.

Рис. 6. Технологическая схема промышленной установки для получения ацетилена окислительным пиролизом метана:

1—подогреватели газа и кислорода; 2—реакционная лечь;
3—скруббер; 4 — коксовый фильтр; 5— гидрозатвор;.
6 —бункер отработанного кокса; 7 — сажепромыватель;
8 —отстойник; 9 —насос.

В скруббере 3 газы охлаждаются, а в фильтре 4 очищаются от сажи. Фильтр заполнен зерненым коксом, движущимся сплошным слоем противотоком к газу. В газе после фильтра содержится 3,5 мг/м3 сажи.
При сжигании топливного газа в воздухе, а не в техническом кислороде, выходы целевых продуктов примерно те же, но получаемый газ сильно разбавлен азотом, поэтому концентрация ацетилена снижается до 3—8 объемн.%, этилена — до 5—4,5 объемн.%. При сжигании топливного газа, обогащенного водородом, образуется водяной пар, который при охлаждении конденсируется, благодаря этому несколько повышается концентрация ацетилена и этилена.
Соотношение целевых продуктов (этилен и ацетилен) в газе пиролиза зависит от вида применяемого сырья, а при одном и том же сырье — от температуры. При повышении температуры относительное количество ацетилена в смеси ацетилена и этилена возрастает.
В настоящее время при конструировании реакционных агрегатов для пиролиза стремятся избежать применения огнеупоров, которые быстро изнашиваются при температурах процесса (>2000°С) (1).




Список литературы:












15



. Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза, М. «Химия», 1968

. Мухленов И. П. Основы химической технологии, М. «Высшая школа», 1991

. Миллер С. А. Ацетилен, его свойства, получение и применение, Л. «Химия», 1969

. Кутепов А. М. Общая химическая технология, М. «Академкнига», 2004

. Лебедев Н. Н. Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза, М, «Химия», 1975