Производство непредельных углеводородов

Производство ацетилена С₂Н₂

С₂Н₂ – бесцветный газ со слабым эфирным запахом, t^о_кип = –84^о, взрывоопасен. Является исходным продуктом в целом ряде важнейших синтезов.

Таким образом, исходя из ацетилена и продуктов его первичных превращений, можно получить широкий круг ценных продуктов, включающий ПМ, химимические волокна, СК, растворители и т.д.

Отличительной особенностью ацетилена в отличие от Н₂ и углеводородов является его хорошая растворимость в воде и полярных органических растворителях, что используется при его получении и транспортировке.

	20^оС V_C₂_H2на 1 V
1 объем Н₂О
бензин
СН₃СОСН₃
ДМФА
N-метилпирролидон

Ацетилен получают в промышленности следующими методами.

Карбидный метод.

Метод существует с конца XIX века и не потерял ещё своего значения. Он протекает следующим образом:

CaO + 3C = CaC₂ + CO

CaC₂ + 2H₂O = C₂H₂ + Ca(OH)₂ + 127 кДж/моль

Из 1 кг технического CaC₂ получают 230-280 л C₂H₂. Теоретический выход из чистого CaC₂ – 380 л. Реакция гетерогенная, и её скорость, в основном, зависит от размера кусков карбида.

Полученный ацетилен содержит примеси NH₃, H₂S, PH₃ и др., образующиеся вследствие разложения водой соединений кальция. Эти примеси необходимо удалить, так как они отравляют катализаторы, которые принимают участие в синтезах на основе ацетилена.

Получение из углеводородов при их термическом расщеплении.

Метод разработан в 50-е годы XX века и является важным этапом вразвитии синтезов на основе ацетилена.

Ацетилен из метана и других парафинов образуется по следующим обратимым реакциям:

2CH₄ C₂H₂ + 3H₂ – 376 кДж/моль

С₂Н₆ С₂Н₂+ 2Н₂ – 311 кДж/моль

С₃Н₈ С₂Н₂ + СН₄ + Н₂– 255 кДж/моль

Все эти реакции эндотермичны и их равновесие сдвигается вправо только при 1000─1500^оС и более для высших углеводородов.

Механизм реакций пиролиза еще недостаточно ясен, но установлено, что он протекает с образованием радикалов. Примерную цепь превращений метана, этана и пропана можно представить так:

В качестве примесей присутствуют бензол и углеводороды ацетиленового ряда – алкины. Получение ацетилена данным методом значительно осложняется экзотермической реакцией его распада на простые вещества

С₂Н₂ = 2С + Н₂

протекающей интенсивно при 1200–1600^оС, то есть при температуре, требуемой для синтеза. Поэтому используют метод снижения степени конверсии исходного сырья и закалки продуктов.

По способу подвода тепла, необходимого для реакции, различают 2 метода синтеза С₂Н₂.

Окислительный пиролиз.

При окислительном пиролизе эндотермичность реакции образования ацетилена компенсируется экзотермической реакцией окисления части углеводорода

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О + 803 кДж/моль

причем все реакции протекают одновременно. Этот метод является наиболее перспективным, хотя содержание ацетилена в получаемом газе невелико.

Наряду с основными реакциями происходит конверсия углеводородов водяным паром

СН₄ + H₂О СО + 3Н₂

С₂Н₂ + 2Н₂О 2СО + Н₂

Эти реакции, а также разложение ацетилена, являются побочными.

Соотношение СН₄ : О₂ = 100 : 65, применение вместо кислорода воздуха нерационально.

Схема реактора окислительного пиролиза следующая:

Смесительная камера
Огнепреградительная решетка
Горелочная плита
Камера сгорания
Форсунки

Метан и кислород, предварительно нагретые до 500^оС поступают в смесительную камеру 1. Во избежание преждевременного воспламенения газов имеется огнепреградительная решетка 2, к тому же скорость подачи газа (65 м/с) превышает скорость распространения пламени. Закалка реакционных газов в камере сгорания производится путем впрыска в камеру воды через форсунки 5. Время пребывания газов в камере составляет ~3•10^-3 сек – 3 мс.

Электрокрекинг при помощи вольтовой дуги, либо плазмы

Синтез проводится в электродуговых печах постоянного тока.

Катод
Реакционная камера
Заземленный анод
Закалочная камера
Пусковой анод

Исходная газовая смесь с большой скоростью (~100 м/с) входит в вихревую камеру и как бы втягивает дугу в кольцевое пространство рабочего анода. В этом аноде и происходит пиролиз. В закалочной камере происходит впрыск воды и быстрая закалка продуктов реакции. Конверсия металла за один пропуск составляет ~40-50 %. Выход энергии 10 кВт•ч на 1 кг ацетилена.

Реакционные газы, полученные при любом методе, имеют сложный состав и содержат 7-14 % С₂Н₂. Остальными компонентами являются Н₂, СН₄, С₂Н₄, С₆Н₆, гомологи ацетилена, СО₂, СО.

Для выделения ацетилена используют селективные растворители ДМФА или N-метилпирролидон. Вначале газ очищают от сажи, а затем выделяют из него диацетилен, который способен самопроизвольно взрываться, а после этого проводят абсорбцию ацетилена при повышенном давлении и десорбцию при нагревании. В заключение очищают ацетилен от СО₂ этаноламинами. В результате получается концентрированный ацетилен (99 об.% С₂Н₂).

20°

НО – СН₂ – СН₂ – NН₂ + СО₂ НО – СН₂ – СН₂ – NН₂ • СО₂

80°

<111 112 113114115 116 117 >

Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 1558;