Рис. 1.4. Схема работы горизонтальной печи, разработанной фирмой Wulf:

1, 2, 3, 4 – Различные положения двух работающих печей;

I – подогрев воздуха, II – нагрев насадки; III – пиролиз; IV – нагрев насадки газами пиролиза

Остаточное давление в этом процессе поддерживают 0,05 МПа, разбавляя сырье водяным паром или смешивая его с циркулирующими газами пиролиза, из которых выделен ацетилен. Время пребывания в зоне реакции составляет 0,03 с. Температура выходящих дымовых газов и газов пиролиза равна 370 °С. Метан при пиролизе не разлагается полностью за один проход, поэтому применяют рециркуляцию газов пиролиза.

Следует отметить, что при промышленной реализации процесса возник ряд трудностей, в результате чего экономические показатели оказались хуже проектных.

1.1.1.5Пиролиз в струе низкотемпературной плазмы

Этот процесс находится в стадии разработки с 70-х годов прошлого столетия, но пока не реализован в промышленном масштабе, хотя является весьма перспективным, так как характеризуется высоким выходом ацетилена и сравнительно небольшим расходом электроэнергии (5000-7000 кВтч). Сущность процесса заключается в том, что метан вводят в струю низкотемпературной плазмы, где под влиянием высоких температур и ионизированного газа происходит его пиролиз.

Плазма представляет собой нейтральный ионизированный газ (аргон, водород), состоящий из электронов, атомов и ионов, который образуется в электродуговом разряде.

При пиролизе метана в плазменной струе удается достигнуть высоких выходов ацетилена. Конверсия метана в ацетилен достигает 87 % в аргоновой плазме и до 73 % в водородной плазме при суммарной конверсии метана до 99 и 94 % соответственно. Кроме ацетилена в газе содержатся водород, этилен, этан и пропан. Однако содержание С₂Н₂ в конечных продуктах очень низкое вследствие присутствия "газа-разбавителя", стабилизирующего плазму.

1.1.2Получение ацетилена из карбида кальция

Карбидный метод является наиболее старым способом получения ацетилена. Он существует с конца ХIХ века, но не потерял своего значения до настоящего времени. Процесс состоит из двух стадий.

Предварительное получение карбида кальция сплавлением оксида кальция и кокса в электропечах при 2500-3000 °С:

СаО + 3С  СаС₂ + СО

Требуемая для процесса известь (СаО) получается в известково-обжигательных печах по реакции:

СаСО₃  СаО + СО₂

Обработка карбида кальция водой с получением ацетилена и известкового молока (мокрый способ) или сухой извести (сухой способ):

СаС₂ + 2Н₂О  С₂Н₂ + Са(ОН)₂

Ацетилен, полученный карбидным методом, имеет высокую степень чистоты –99,9 %. Основным недостатком этого метода является высокий расход электроэнергии: 10000-11000 кВтч на 1 т ацетилена.

Из 1 кг технического карбида кальция, содержащего примеси кокса, оксида кальция и других веществ, получается 230-280 л ацетилена (эта величина называется литражом карбида ). Теоретически из 1 кг чистого карбида кальция должно образоваться 380 л ацетилена.

При разложении карбида кальция следует соблюдать некоторые условия для нормального протекания процесса. Реакция является гетерогенной, и ее скорость зависит от размера кусков карбида, особенно сильно возрастая при использовании карбидной мелочи и пыли. Из реакционной зоны нужно постоянно отводить тепло, чтобы предохранить ацетилен от возможной полимеризации и разложения.

Аппараты, в которых проводится разложение карбида кальция водой, называют ацетиленовыми генераторами. По принципу отвода тепла они бывают двух типов.

1. Генераторы «мокрого типа», в которых реакционное тепло воспринимается избыточной водой, нагревающейся при этом до температуры 50-60 ⁰С. В них на 1 кг карбида кальция расходуется около 10 кг воды, причем гидроксид кальция получается в виде суспензии в воде, мало пригодной для последующей утилизации.

2. Генераторы «сухого» типа, в которых реакционное тепло отводится небольшим количеством избыточной воды за счет ее испарения. В этом случае гидроксид кальция получается в сухом состоянии (известь-пушонка), и ее легко использовать для приготовления строительных материалов.

Генераторы «мокрого» типа делят по способу загрузки реагентов на следующие системы: «карбид в воду», «вода на карбид» и контактные, в которых вода и карбид кальция находятся в постоянном соприкосновении. Наиболее безопасными и применимыми для производства ацетилена в крупных масштабах являются генераторы типа «карбид в воду». В этих аппаратах куски карбида сразу погружаются в избыток воды, чем исключаются перегревы и создаются условия для лучшего отвода реакционного тепла. Генераторы типа «карбид в воду» имеют производительность до 500 м³ в час.

Еще большая мощность у « сухих» генераторов, в которых перерабатывают карбидную мелочь. Основным условием их успешной работы является тесный контакт между частицами карбида и небольшим количеством воды. Это достигается введением воды через специальные разбрызгиватели и наличием в генераторе перемешивающих устройств (вращающиеся барабаны, скребковые мешалки). Благодаря этому исключается перегрев ацетилена и поддерживается равномерная температура 110-115 ⁰С.