Пиролиз в струе низкотемпературной плазмы
Производство формальдегида и его переработка в товарные продукты.
Промышленный процесс основан на реакции метанола с воздухом в присутствии катализатора (оксиды металлов, прежде всего оксиды железа и молибдена).
Реактор на установке для производства формальдегида фактически представляет собой теплообменник (огромный сосуд, внутри которого проходит большое количество труб, а по трубам пропускают смесь метанола с кислородом. Вне труб, но внутри сосуда находится жидкость, нужная для теплопередачи).Реакция идет с выделением тепла при Т= 300-370 °С, но при этом теплообменник должен не подводить тепло, чтобы заставить реакцию идти, а постоянно отводить его. В рез-те происходит непрерывное испарение теплопередающей жидкости вне труб.
Трубы в реакторе неплотно заполнены катализатором, необходимым для протекания реакции. Продолжительность реакции, как и время пребывания смеси внутри труб, составляет менее 1 с.
Поток горячих газов, выходящий из реактора, охлаждается и попадает в колонну, где поглощается водой. Формальдегид растворяется в воде и тем самым отделяется от остальных газов, которые выходят из верхней части колонны. Обычно получается продукт, содержащий от 37 до 56 % формальдегида. В качестве стабилизатора часто добавляют метанол.
Одним из важнейших преимуществ металлоксидного катализатора перед чисто металлическим является то, что в этом случае не требуется колонна выделения метанола. Побочными продуктами являются СО, СО2, диметиловый эфир и муравьиная кислота. Выход формальдегида составляет 95-98 %.
|
|
|
Формальдегид поступает на рынок в виде одной из двух форм – водного раствора (формалин), или твердого вещества (параформ или триоксан).
При высоких концентрациях формальдегида стабилизатор чаще всего не нужен.
В присутствии сильной кислоты, такой, как соляная или серная, он легко деполимеризуется, образуя газообразный формальдегид. Благодаря этому свойству, триоксан можно использовать как непосредственный и управляемый источник газообразного формальдегида для химических реакций. Оба твердых продукта не являются опасными веществами и не требуют соответствующей маркировки.
Технология МТО (methanol to olefins) - переработка метанола в олефины этилен, пропилен, бутены.
Методы получения ацетилена из природного газа (электрокрекинг, регенеративный пиролиз, окислительный пиролиз, гомогенный пиролиз, пиролиз в струе низкотемпературной плазмы).
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 жидких 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 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.
Окислительный пиролиз
По этому способу метан смешивается с кислородом, при этом часть сырья сжигается, и за счет выделившегося тепла сырье нагревается до 1600 °С. Общее уравнение реакции представлено ниже:
11СН4 + 7О2 ® 2С2Н2 + 6СО + 14Н2 + СО2 + 6Н2О
|
|
|
Выход ацетилена составляет 30-32 %.
Благодаря непрерывности процесса и более низким энергетическим затратам, этот метод представляет наибольший интерес, так как наряду с ацетиленом образуется еще и синтез-газ (СО + Н2), используемый при производстве метанола, спиртов (методом оксосинтеза) и других ценных продуктов. Этот процесс (так называемый Заксе-процесс, или ВАSF-процесс) единственный из перечисленных выше методов реализован в промышленности в крупных масштабах. Он является наиболее экономичным.
Пиролиз в потоке газообразного теплоносителя (гомогенный пиролиз)
Этот вид пиролиза является разновидностью окислительного пиролиза [2]. Сущность его заключается в следующем. Часть сырья сжигают в смеси с кислородом в топке печи, газ нагревается до температуры порядка 2000 °С. В среднюю часть печи в газовый поток вводят остальное сырье, предварительно нагретое до 600 °С. Происходят процессы расщепления сырья с образованием ацетилена.
Преимущество этого метода состоит в большей безопасности и надежности работы печи, однако для ее изготовления нужны огнеупорные материалы.
Электрокрекинг
Метан превращают в ацетилен и водород в электродуговых печах (температура 2000—3000 °С, напряжение между электродами 1000 В). Метан при этом разогревается до 1600 °С. Расход электроэнергии составляет около 13000 кВт•ч на 1 тонну ацетилена, что относительно много (примерно равно затрачиваемой энергии по карбидному методу) и потому является недостатком процесса. Выход ацетилена составляет 50 %.
|
|
|
Регенеративный пиролиз
Иное название — Вульф-процесс. Сначала разогревают насадку печи путём сжигания метана при 1350—1400 °С. Далее через разогретую насадку пропускают метан. Время пребывания метана в зоне реакции очень мало и составляет доли секунды. Процесс реализован в промышленности, но экономически оказался не таким перспективным, как считалось на стадии проектирования.
Пиролиз в струе низкотемпературной плазмы
Процесс разрабатывается с 1970-х годов, но, несмотря на перспективность, пока не внедрён в промышленности. Сущность процесса состоит в нагреве метана ионизированным газом. Преимущество метода заключается в относительно низких энергозатратах (5000—7000 кВт•ч) и высоких выходах ацетилена (87 % в аргоновой плазме и 73 % в водородной).
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 1650; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!