Получение ацетилена из углеводорода.
Получают ацетилен из метана и других углеводородов путем высокотемпературного пиролиза, протекающим ввиду эндотермичности реакции при температуре 1200-1300°С. Для ускорения процесса температуру необходимо повысить до 1600°С для метана и 1200°С для др УВ.
В
полученной продуктовой смеси кроме
низших парафинов и олефинов содержится
бензол и ацетиленовые углеводороды
(
).
Процесс осложняется реакцией разложения
ацетилена на углерод и водород, которая
начинается при 1000°С и заметно ускоряется
при температуре 1200-1600. При этом наблюдается
система последовательных реакций, при
которой ацетилен разлагается на водород
и сажу.
Методы пиролиза углеводородов в ацетилен.
По способу подвода тепла в промышленности различают 4 метода:
Регенеративный пиролиз - в печах с огнеупорной насадкой, которую сначала разогревают топочными газами, а затем через разогретую насадку пропускают пиролизуемое сырье. Эти периоды чередуют.
Электрокрекинг при помощи вольтовой дуги, когда углеводородное сырье подвергают пиролизу в электродуговых печах при напряжении между электродами 1000В. Главным недостатком метода является большая энергоемкость, так как затраты электроэнергии составляют до 13000кВт/ч на 1 тонну ацетилена. Его основное достоинство – чистота продукта.
Гомогенный пиролиз. Сырье вводят в поток горячего топочного газа, полученного сжиганием метана в кислороде, имеющего температуру 2000°С. Этот метод обычно комбинируют с другими процессами пиролиза, если в горячие газы первой ступени пиролиза вводить пары жидких углеводородов, для расщепления которых в ацетилен требуется более низкая температура. В этом методе возможно совместное получение этилена и ацетилена
Окислительный пиролиз, в котором экзотермичная реакция горения углеводородов и эндотермичный процесс пиролиза совмещены в одном аппарате. Из всех рассмотренных процессов, реализованных в промышленности, окислительный пиролиз является наиболее экономичным.
Подразделение газов пиролиза и их состав.
Реакционные газы, полученные при пиролизе, имеют сложный состав и содержат от 7 до 9% ацетилена при окислительном и гомогенном пиролизе и 11-14% при электрокрекинге и регенеративном пиролизе. Основными компонентами этих газов являются: водород 45-55% и метан 5-25%, могут содержаться гомологи ацетилена в количестве 0,2-0,3% для окислительного пиролиза и до 1,5 в остальных случаях.
Для выделения и очистки ацетилена используют его свойство лучше чем другие компоненты растворяться в таких соединениях как в метаноле или ацетоне при охлаждении до -70°С или диметилформамиде или н-метилпиролидоне при комнатной температуре. Обычный газ сначала освобождают от сажи, аренов и гомологов ацетиленов форабсорбцией, после чего поглощают ацетилен. Его очистку ведут ступенчатой десорбцией.
Сравнение методов производства ацетиленов.
Основными недостатками карбидного метода получения ацетилена являются большой расход электроэнергии на получение карбида кальция, многостадийность процесса и значительные капиталовложения в производство. Достоинства – получение концентрированного (чистого) ацетилена, очистка которого от немногочисленных примесей не вызывает затруднений. Помимо этого, получение карбидного ацетилена базируется на менее дефицитном каменном угле.
При получении ацетилена пиролизом углеводородов, процесс протекает в одну стадию, требует меньших затрат энергии (кроме электрокрекинга), однако, ацетилен получают разбавленным и необходима сложная система его разделения и очистки.
При выборе метода решающим фактором является затраты на сырье. Учитывая, что производство продуктов НХС на основе ацетилена сосредоточено преимущественно в развитых странах, где имеется дефицит нефти и газа, но есть месторождение каменного угля, большая часть производства ацетилена приходится на карбидный метод.