Технология получения ацетилена пиролизом метана
Из метана и других парафинов ацетилен получают путем высокотемпературного пиролиза по следующим обратимым реакциям:
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 жидких углеводородов.
Подобно пиролизу на олефины, реакции образования ацетилена имеют радикально-цепной механизм, причем цепь превращений метана и этана можно представить примерно так:
В полученном газе кроме низших парафинов и олефинов содержится небольшое количество бензола и ацетиленовых углеводородов -- метилацетилена СН3--ССН, а также винилацетилена СН2=СН--ССН, диацетилена СНС--CCH и др.
Получение ацетилена данным методом осложняется побочной реакцией его разложения на углерод и водород. Она становится заметной при 1000°С и достигает значительной скорости при 1200--1600°С, т. е. при температуре, требуемой для получения ацетилена. В результате наблюдается система последовательных реакций, при которой образующийся ацетилен разлагается на водород и углерод (сажу):
Как и в других подобных случаях, регулирование выхода промежуточного продукта может быть достигнуто уменьшением степени конверсии исходного углеводорода в результате снижения времени контакта. Найдено, что хороший выход ацетилена при небольшом образовании сажи можно получить при степени конверсии исходного углеводорода 50 % и времени его пребывания в зоне реакции 0,01 с. Во избежание дальнейшего разложения ацетилена необходима быстрая «закалка» реакционных газов (впрыскивание воды), при этом температура резко снижается до такой величины, при которой распада ацетилена не происходит.
|
|
|
Окислительная конденсация метана
Об осуществлении реакции окислительной конденсации метана впервые сообщил Митчелл [3] в 1980 году. Эта реакция каталитическая и протекает при температурах выше 700?С. Процесс может быть описан уравнением реакции:
2СН4 + O2 C2H4 + 2H2O,
Однако в действительности реакция идет через образование этана, который подвергается дегидрированию. Суммарная реакция с учетом всех получаемых продуктов выглядит следующим образом:
400CH4 + 259O2 90C2H6 + 70C2H4 + 64CO2 + 374H2O + 16H2 + 16CO,
Переработка метана по реакции ОКМ имеет следующие преимущества:
-превращение метана в этилен осуществляется в процессе одной технологической стадии в отличие от многостадийного процесса паровой конверсии метана с получением синтез-газа и последующих синтезов по реакции Фишера-Тропша;
-этилен является основным сырьем нефтехимического синтеза, из которого можно получить широкий набор продуктов;
|
|
|
-реакция ОКМ протекает при атмосферном давлении в отличие от синтеза Фишера-Тропша, требующего, как правило, повышенных давлений.
Реакция ОКМ оказалась настолько привлекательной, что после первой публикации произошел настоящий метановый бум. Достаточно сказать, что в 80-е годы и первой половине 90-х годов в мире проводилось до десяти ежегодных международных конференций, посвященных процессам переработки природного газа, и реакции ОКМ в частности. В короткий срок появилось огромное число публикаций и патентов. В настоящее время исследовательская часть по процессу ОКМ в принципе завершена: изучены механизмы реакции, исследованы различные катализаторы и предложены наиболее эффективные из них, разработаны принципиальные технологические схемы, просчитана экономика некоторых технологических цепочек. Однако процесс все еще далек от практической реализации, так как имеются проблемы, без решения которых процесс не может быть внедрен в производство.
Механизм и катализаторы реакции ОКМ
В настоящее время многочисленные исследователи реакции ОКМ пришли к единому мнению, что эта реакция протекает по гомогенно-гетерогенному механизму. Что это означает? Активация метана протекает на поверхности твердого оксидного катализатора с отрывом одного атома водорода от молекулы метана с образованием радикалов (уравнение (3)). Рекомбинация метильных радикалов происходит в газовой фазе с образованием молекулы этана.
|
|
|
СН4 + [O] + [OH]+ C2H6 ,
где [O] - активный кислородный центр на поверхности катализатора;
[OH] - адсорбированная на поверхности катализатора гидроксогруппа.
Далее процесс протекает по следующей схеме: из двух адсорбированных гидроксогрупп [ОН] образуются молекула воды и кислородная вакансия на поверхности катализатора:
2[ОН] H2O + [O] + [ ],
где [ ] - кислородная вакансия.
Теперь необходимо восстановить активный кислородный центр. Это происходит путем реокисления поверхности катализатора кислородом газовой фазы:
О2(газ) + 2[ ] 2[O]
Дегидрирование этана с образованием этилена может протекать как на поверхности катализатора, так и в газовой фазе (при температурах выше 700?С):
С2Н6 С2Н4 + H2
Процесс OCMOL
Назначение:переработка природного газа в альфа-олефины
Состоит из нескольких блоков: окисление метана, разделения от образовавшихся олефинов (используется короткоцикловая адсорбция), олигомеризация этилена, блок остаточной конверсии метана до со и водорода, синтез оксигенатов, превращение оксикенатов в жидкость.
26 Хлоропиролиз метана для синтеза этилена, химизм процесса, катализаторы SAPO.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 2730; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!