Пребывания, с:
◊ – τ – 0,5.10-3; ○ – τ – 1.10-3; – – 3.10-3; ● – τ – 6.10-3
Рассматривая процесс получения ацетилена из угля в плазме, необходимо учитывать параллельное образование твёрдого остатка, на долю которого приходится до 50 мас.% от исходного угля. Этот остаток предложено использовать, например, в резиновой промышленности в качестве наполнителя. Причем содержащаяся в сажистом состоянии в остатке минеральная часть не только не является вредной составляющей, а представляет собой желательную добавку в силу аморфности диоксида кремния и оплавленной округлой формы частиц золы, которую они приобретают после обработки плазмой. По всем своим характеристикам образующийся твёрдый остаток не уступает лучшим маркам быстрошприцуемых саж.
Для улучшения экономической стороны этого процесса необходимо придерживаться принципа комплексной безостановочной переработки угля, в результате которой все образующиеся соединения имеют целевое назначение.
Наиболее близко к промышленному производству ацетилена плазменным способом подошли фирмы США и Германии. Сейчас построена установка по пиролизу угля в ацетилен мощностью 1,2 МВт. Лучшие результаты достигнуты при работе с реактором, стабилизированным сильным магнитным полем, которое вращает дугу с высокой скоростью (рис. 4.7). Типичные рабочие условия процесса следующие:
Электрическая энергия 250-350 кВт
Расход водорода 100-200 м3/ч
Подача угля 60-200 кг/ч
Давление 0,2-1,2 бар
Основные показатели этого процесса приведены ниже:
Удельный расход угля (на 1 т С2Н2) 5000 кг
Удельный расход электроэнергии на (1 кг С2Н2) 11,5 кВт/кг С2Н2
Состав образующихся продуктов на 1 т С2Н2 (кг):
С4Н2 |
С2Н4 |
СН4 |
Н2 |
СО |
СО2 |
N2 |
Сажа |
34 |
15 |
36 |
65 |
550 |
20 |
34 |
3200 |
Рис.4.7.
Схема плазмореактора для пиролиза
топлива
Ниже приведены основные технико-экономические показатели плазмохимического получения ацетилена для середины 80-х гг. XX в. Для расчёта принята установка, обеспечивающая производительность 136 тыс. т/год ацетилена (что необходимо для работы типовой установки производства винилхлорида мощностью 300 тыс. т/год). Капиталовложения на сооружение плазменной установки составляют 129,2 млн долларов, причём основная их доля приходится на стадию компрессии и охлаждения газа (23,4%), энергетическое оборудование (22,5%), выделение и очистку ацетилена (16,1%), осушку отходящего газа (7%), производство пара и систему водяного охлаждения (6,8%). Капитальные затраты непосредственно на стадию пиролиза составляют 2,9%, на закалку пирогаза и удаление технического углерода - 3,7%, подготовку угля - 4,1%, переработку твёрдых отходов - 1,6%. Суммарные затраты на производство 1 т ацетилена при этом составляют 460 долл./т. При целевом использовании побочных продуктов (технического углерода, синильной кислоты, шлака, газа) издержки производства снижаются до 200 долл./т.
Основную долю себестоимости ацетилена составляет расход электроэнергии (49%). Издержки производства на сырьё (расход угля 500 тыс. т/год), составляют 17,9%, на пар - 13,8%, зарплату производственного персонала - 5,8%, содержание административного персонала - 3,5%, амортизацию и текущий ремонт оборудования - 2,7%, на электроды и химикаты - 2,9%. Как показали расчёты, при производстве винилхлорида из ацетилена, полученного плазменным пиролизом угля, себестоимость продукта на 29% ниже, чем при получении его из этилена. При возможном дальнейшем росте стоимости этилена, получаемого из нефтепродуктов, плазменный способ станет еще более перспективным.