Модернизация установки производства ацетилена

Введение 6
1. Аналитический раздел 8
1.1. Физико-химические основы процесса пиролиза 8
1.2. Кинетика основной реакции, выбор и обоснование параметров технологического режима 14
1.2.1. Кинетика образования и разложения ацетилена 15
1.2.2. Концентрация кислорода 19
1.2.3. Соотношение О2 : СН4 19
1.3. Характеристика исходного сырья и готового продукта 21
1.4. Описание технологической схемы 22
1.5. Патентный обзор по теме исследования 29
2. Экспериментальная раздел 36
2.1. Обзор реакторов пиролиза ацетилена 36
2.2. Краткое описание проблемы процесса пиролиза в цехе №8 42
2.3. Предлагаемое решение по замене футеровки агрегатов пиролиза…. 44
2.4. Экономический эффект от внедрения данного мероприятия 47
Заключение 49
Список использованных источников 50

Весь текст будет доступен после покупки

Промышленность органического синтеза базируется на переработке таких видов ископаемого сырья, как нефть и природный газ. В процессах их физического разделения, термического или каталитического расщепления (крекинг, пиролиз, конверсия и т.д.) получают пять главных групп исходных веществ для синтеза многих тысяч других соединений. Одним из этих веществ и является ацетилен.
Ацетилен - это один из самых важных промышленных газов, который нашел широкое применение в различных отраслях промышленности. Он известен своими уникальными химическими свойствами, которые позволяют использовать его в разнообразных технологических процессах. В частности, он используется при получении поливинилхлорида, поливинилхлоридных смол, этилового спирта, ароматических углеводородов, уксусной кислоты, различных растворителей, при получении технического углерода, винилацетата и ацетальдегида и т.д.
Практическое применение ацетилена охватывает широкий спектр областей. Одним из наиболее известных применений является его использование в процессах газовой сварки и резки. Смешивая ацетилен с кислородом и поджигая смесь, создается пламя, способное разогревать и резать металлы. Этот метод широко применяется в строительстве, ремонте, металлургии и других отраслях.
Основной метод получения ацетилена из карбида кальция дает возможность получить ацетилен высокой концентрации. Существенным недостатком этого метода является весьма значительный расход электроэнергии на получение карбида кальция.
В настоящее время перспективным является получение ацетилена из углеводородных газов нефтепереработки или из природного газа. Производство ацетилена из этих газов основано на крекинге их, требующем затраты большого количества энергии для создания высокой температуры. При этом ацетилен получается низкой концентрации и загрязненный гомологами. Применение такого ацетилена невозможно без выделения его из реакционной смеси и очистки.
В промышленном масштабе используются электротермический крекинг метана и термический крекинг пропана. Большое внимание уделяется термоокислительному пиролизу метана, так как этот способ позволяет наиболее комплексно использовать природный газ.
Процесс частичного окисления исходного сырья - метана или термоокислительный пиролиз его базируется на дешевом сырье - природном газе. Конструктивно решен вопрос теплового воздействия путем проведения пиролиза в факеле горения. Многоканальные и одноканальные реакторы при промышленной и опытной эксплуатации показали, что термоокислительный пиролиз имеет реальные перспективы для широкого промышленного применения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Аналитический раздел
1.1. Физико-химические основы процесса пиролиза
Сущность термоокислительного пиролиза природного газа заключается в расщеплении молекул метана при температуре 1300 - 1500 оС по реакции:
2СН4 > С2Н2 + 3Н2 -?H = 381 кДж. (1.1)
Свободная энергия этой реакции:
?Go = ?Ho – T · ?S, (1.2)
где ?Go – свободная энергия системы при постоянном давлении;
?Ho – изменение энтальпии в результате протекания реакции при постоянном давлении (теплота реакции);
?So – изменение энтропии.
Данные расчетов изменения свободной энергии позволяют установить термодинамическую возможность протекания различных реакций и относительную стабильность углеводородов в широком интервале температур. Чем ниже свободная энергия при данной температуре, тем стабильнее углеводород. Исследования этой зависимости показаны на рисунке 1.1. Из графика видно, что стабильность ацетилена с повышением температуры увеличивается, в то время как стабильность других углеводородов падает, и они при соответствующих условиях превращаются в ацетилен. Свободная энергия образования ацетилена при 1200 оС меньше свободной энергии образования метана, это указывает на возможность образования ацетилена непосредственно из метана. [1]
В настоящее время нет подробной кинетической схемы окислительного пиролиза метана. Однако сам процесс можно представить рядом химических уравнений.
Предварительно раздельно подогретые кислород и природный газ, смешиваются в смесителе до однородной метано-кислородной смеси и через горелку поступают в реакционный канал, где происходит процесс термоокислительного пиролиза метана.













Рисунок 1.1 ? Изменение свободной энергии образования углеводородов в зависимости от температуры
При процессе пиролиза протекают реакции:
- частичное окисление метана:
СН4 + 0,5О2 > СО + 2Н2 + ?H = 25,6 кДж; (1.3)
- образование ацетилена:
2СН4 > С2Н2 + 3Н2 - ?H = 381 кДж; (1.4)
- образование диоксида углерода:
СН4 + 2О2 > СО2 + 2Н2О + ?H = 888,3 кДж, (1.5)
СО + Н2О > СО2 + Н2 +?H = 41,9 кДж; (1.6)
- разложение ацетилена:
С2Н2 ? 2С + Н2 + ?H = 75,42 кДж. (1.7)
Суммирование реакций дает уравнение:
45СН4 + 30,25О2 > 8С2Н2 + 3,5СО2 + 25,5СО + 54Н2 + 28Н2О. (1.8)
Около 6 молей метана в расчете на 8 молей ацетилена остается в продуктах пиролиза. Поэтому суммарное уравнение процесса имеет вид:
51СН4 + 30,25О2 > 8С2Н2 + 3,5СО2 + 25,5СО + 54Н2 + 28Н2О + 6СН4 (1.9)
Выводы из анализа уравнения:
? 31,4 % углерода метана превращается в ацетилен;
? 6,8 % углерода метана окисляется в СО2;
? 50 % углерода метана окисляется в СО;
? 11,73 % углерода метана остаются в непрореагировавшем виде;
? 46,35 % кислорода расходуется на образование воды;
? 42,15 % кислорода расходуется на образование СО;
? 11,5 % кислорода расходует на образование СО2.
Кроме указанных, протекают также реакции образования высших ацетиленовых углеводородов: диацетилена, метилацетилена, винилацетилена и др. [3]
В таблице 1.1 приведена равновесная степень превращения метана в ацетилен по реакции (1.1), т. е. в предположении, что ацетилен не разлагается на углерод и водород. Как видно из таблицы, уже в интервале от 1400 до 2000 оС. К степень превращения метана в ацетилен достаточно высокая, при условии, что пиролиз протекает только по реакции (1.1).
Таблица 1.1 - Температурная зависимость степени превращения метана в ацетилен

Весь текст будет доступен после покупки

1. Антонов В. Н., Лапидус А. С. Производство ацетилена. - М.: Химия., 1970. - 415 с.
2. Миллер С. А. Ацетилен, его свойства, получение и применение. - Л.: Химия., 1969. - 680 с.
3. Гриненко В. С, Окислительный пиролиз метана в высокоскоростном газовом потоке, Химическая переработка нефтяных углеводородов, изд. АН СССР, 1956. – 106 с.
4. Харламов В. В., Алипов Н. Е., Коновалов Н. И. Окислительный пиролиз метана до ацетилена. - М.: Химия 1972. - 60 с.
5. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – 1970.
6. Основы конструирования и расчёта химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Том 1 / А.С. Тимонин. – Калуга, 2002. – 852 с.
7. Постоянный технологический регламент производства ацетилена цеха № 8 №79. – Невинномысск, 2025. - 414 с.

Весь текст будет доступен после покупки