Получение ацетилена из природного газа

Из метана и других парафинов ацетилен получают путем высокотемпературного пиролиза по следующим обратимым реакциям:

2СН₄ « С₂Н₂ + 3Н₂ DН₂₉₈ = –376 кДж/моль

С₂Н₆ « С₂Н₂+2Н₂ DН₂₉₈= –З11 кДж/моль

Эти реакции эндотермичны, и их равновесие смещается вправо только при 1000-1300 °С. Однако при практическом осуществлении процесса с целью его ускорения требуется более высокая температура: 1500-1600 °С для метана и 1200 °С – для более тяжелых углеводородов. Поэтому главной трудностью при получении ацетилена пиролизом природного газа является необходимость создания высоких температур и подвода больших количеств тепла на эндотермическую реакцию образования ацетилена из метана.

В полученном газе, кроме ацетилена, низших парафинов и олефинов содержится небольшое количество бензола, а также гомологов и производных ацетилена:

винилацетилена

метилацетилена

диацетилена

и др.

При пиролизе метана протекает также реакция разложения ацетилена на углерод и водород. Она становится заметной при температуре 1000 °С и достигает значительной скорости при 1200-1600 °С, т.е. при температуре, требуемой для получения ацетилена. Таким образом, часть образующегося ацетилена разлагается на водород и углерод (сажу):

2СН₄ С₂Н₂ 2С + Н₂

Уменьшение выхода сажи может быть достигнуто снижением конверсии метана, что достигается уменьшением времени контакта. Установлено, что хороший выход ацетилена при небольшом образовании сажи можно получить при степени конверсии метана порядка 50 % и времени контакта 0,01 с. С целью предотвращения дальнейшего разложения ацетилена проводится “закалка” реакционных газов впрыскиванием воды, при этом их температура резко снижается, и разложение ацетилена предотвращается.

В зависимости от метода подвода тепла к реагирующей смеси различают следующие разновидности процесса получения ацетилена пиролизом природного газа:

– окислительный пиролиз;

– пиролиз в потоке газообразного теплоносителя (гомогенный пиролиз);

– электрокрекинг углеводородных газов;

– пиролиз в реакторах регенеративного типа с огнеупорной насадкой;

– пиролиз в струе низкотемпературной плазмы.