Пиролиз метана до ацетилена уравнение

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:

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.

Реакторы для окислительного пиролиза состоят из камеры смешения, в которую раздельно подают кислород и метан, одноканальной или многоканальной горелки, реакционной камеры и закалочного устройства.

На рис. 1.2 изображен многоканальный реактор фирмы ВАSF.

Углеводородный газ и воздух, обогащенный кислородом, предварительно нагретые до 600 °С, раздельно поступают в горловину 2 и затем в смесительную камеру 3, где происходит их полное смешение. Далее смесь газа и кислорода через многоканальную горелочную плиту 4 поступает в реакционную камеру, где происходит частичное сжигание метана и реакция пиролиза. Для обеспечения безопасной работы реактора скорость движения реакционной смеси должна значительно превышать скорость распространения фронта пламени в газе. Температура реакции пиролиза достигает 1450-1500 °С, продолжительность реакции составляет 0,003-0,01 с. Для закалки на выходе из зоны реакции впрыскивается вода.

При нормальном режиме окислительного пиролиза на горение расходуется 55% метана, На образование ацетилена 23-25%, на образование сажи порядка 4%; степень конверсии метана достигает 90%, степень конверсии кислорода превышает 99%.Газ окислительного пиролиза содержит, % об.:С₂Н₂ — 8-10, Н₂ -до 55 ,СО₂ — 3-4,

СО – до 28, СН₄ — 5-6

На рис. 1.3 представлена схема получения ацетилена окислительным пиролизом метана [6].

Сырье (природный газ), не содержащее оксида углерода, водорода и высших углеводородов (в противном случае оно преждевременно воспламеняется), подогревается до 600-700 °С в трубчатой печи 2 и поступает в верхнюю часть реактора 3 (в смесительную камеру горелки). Туда же подают подогретый до 600 °С кислород – до 65 % (об.) от метана. В результате горения температура в реакторе повышается до 1500 °С. Продукты реакции охлаждают водой до 80 °С.

Газы из реактора после «закалки» водой проходят для улавливания сажи полый водяной скруббер 4 и мокропленочный электрофильтр 5. Газы охлаждают водой в холодильнике 6 непосредственного смешения, после чего их промывают в форабсорбере 7 небольшим количеством диметилформамида или N-метилпирролидона и направляют в газгольдер 8. Вода, стекающая из гидравлического затвора реактора и из сажеулавливающих аппаратов, содержит 2-3% сажи, а также малолетучие ароматические соединения. Она поступает в отстойник 9, с верха которого сажу и смолы собирают скребками и направляют на сжигание. Воду из отстойника возвращают в реактор как «закалочный агент», а ее избыток идет на очистку, чем создается замкнутая система водооборота без сбрасывания токсичных сточных вод.

Газ из газгольдера 8 сжимается компрессором 10 до давления

1 МПа, проходя после каждой ступени холодильники и сепараторы, не показанные на схеме. В абсорбере 11 он промывается диметилформамидом или N-метилпирролидоном, а не-поглотившийся газ (Н₂, CH₄, СО, СО₂) проходит скруббер 12, где при орошении водным конденсатом улавливается унесенный им растворитель. После этого газ можно использовать в качестве синтез-газа или топлива.

Раствор в кубе абсорбера 11 содержит ацетилен и его гомологи, а также значительное количество близкого к ним по растворимости диоксида углерода с примесью других газов. Он проходит дроссельный вентиль 13 и поступает в десорбер 14 первой ступени. За счет снижения давления до

0,15 MПa и нагревания куба до 40 °С из раствора десорбируются ацетилен и менее растворимые газы. Ацетилен при своем движении вверх вытесняет из раствора диоксид углерода, который вместе с другими газами и частью ацетилена выходит с верха десорбера, предварительно отмываясь от растворителя водным конденсатом. Эти газы возвращают на компримирование. Концентрированный ацетилен выводят из средней части десорбера 14, промывают в скруббере 15 водой и через огнепреградитель 16 выводят с установки.

Кубовую жидкость десорбера 14, содержащую некоторое количество ацетилена и его гомологов, направляют в десорбер 18 второй ступени, подогревая предварительно в теплообменнике 17. За счет нагревания куба до 100 °С из раствора отгоняются все газы, причем из средней части колонны уходят гомологи ацетилена, направляемые затем на сжигание, а с верха – ацетилен с примесью его гомологов, возвращаемый в десорбер первой ступени. В растворителе постепенно накапливаются вода и полимеры, от которых его освобождают на установке регенерации, не изображенной на схеме.

Полученный на установке концентрированный ацетилен содержит 99,0-99,5 % основного вещества с примесью метилацетилена, пропадиена и диоксида углерода (по 0,1-0,3 %).

Окислительный пиролиз является самым распространенным процессом получения ацетилена из углеводородного сырья. Применение его наиболее целесообразно в тех случаях, когда можно использовать образующийся синтез-газ (смесь водорода и оксида углерода).

Пиролиз метана

Пиролиз метана протекает при высокой температуре в 1200-1500°С с последующим ему быстрым охлаждением продуктов реакции. В результате пиролиза образуется ацитилен, который в дальнейшем используется для производства продуктов органического синтеза.

Ацетилен при 1500°С является термодинамически неустойчивым веществом, и в весьма короткий промежуток времени может разложиться на водород и углерод (сажу). Чтобы избежать разложения получившегося в процессе пиролиза метана ацетилена время пребывания метана в реакционной зоне не превышает сотой доли секунды.

Пиролиз метана: понятие, реакция, уравнение, продукты

Какой станет наша планета через пару десятков лет – вот вопрос, который до сих пор мучает все человечество. Превратится ли наш дом в уютный уголок, или же постоянно расширяющаяся свалка скоро доберется до наших дворов? Переработка бытового мусора используется в развитых странах вот уже более 40 лет, но для России до сих пор являются чем-то новым. Тем более, что общественности практически ничего не известно о наиболее прогрессивных технологиях в сфере переработки мусора.

Так, далеко не все из нас знают о том, что из обычного бытового мусора, которым забит каждый полигон ТБО, вернее из его органической составляющей при помощи такого устройства как биореактор можно получить биогаз – газ, имеющий в своем составе метан.

Полученная путем сжигания биогаза электроэнергия способна не только удовлетворить собственные нужды мусороперерабатывающего завода, но и использоваться для последующей продажи. Представьте себе, как это удобно, ведь из обычных отходов можно получить доходы. Причем данная технология переработки мусора является абсолютно безопасной и экологически чистой.

Однако полученный из мусора метан можно не только сжигать для получения тепла и электричества. Из метана путем процесса пиролиза можно получать ацителен. Что же это за вещество, и для чего оно нужно? Об этом мы поговорим чуть позже, а пока сделаем основной упор на самом процессе пиролиза метана.

Пиролиз метана реакция

Пиролиз метана это процесс, осуществляемый при высокой температуре в 1200-1500°С с последующим ему быстрым охлаждением продуктов реакции. В результате пиролиза образуется ацитилен, который здесь является скорее не конечной целью, а промежуточным продуктом, необходимым для дальнейшего производства продуктов органического синтеза. Поскольку пиролиз метана только для получения ацетилена экономически невыгоден, данная технология обычно применяется на заводах, осуществляющих его дальнейшую переработку в такие продукты как, например, синтетический каучук. Важным фактором, определяющим степень эффективности процесса пиролиза метана, является стойкость получаемых и исходных углеводородов при высокой температуре.

Судить о термической стойкости углеводородов можно по изменению в зависимости от температуры свободной энергии их образования. Чем ниже при данной температуре будет свободная энергия, тем стабильнее углеводород. Исследования данной зависимости показали, что стабильность ацетилена увеличивается с повышением температуры у, в то время как у других углеводородов стабильность падает. Это означает, что они при соответствующих условиях способны превратиться в ацетилен. Поскольку свободная энергия образования ацетилена при температуре 1200 °С меньше чем свободная энергия образования метана, то это сделало возможным образование ацетилена непосредственно из метана.

Однако ацетилен при 1500°С является термодинамически неустойчивым веществом, и в весьма короткий промежуток времени может разложиться на водород и углерод (сажу). Во избежание разложения получившегося в процессе пиролиза метана ацетилена время пребывания пиролизных газов в реакционной зоне ни в коем случае не должно превышать сотой доли секунды.

Продукты, полученные в результате реакции пиролиза метана, быстро охлаждаются до температуры 90—200 «С. Делается это для того, чтобы сохранить ацитилен, поскольку при такой температуре реакция разложения ацетилена прекращается. Охлаждение ацитилена производят путем впрыскивания в газовый поток воды. Данный процесс называется закалкой ацитилена.

Пиролиз метана уравнение

В настоящее время подробной кинетической схемы процесса пиролиза метана не существует. Однако метод и реакции пиролиза можно представить в виде ряда химических уравнений. Ацетилен добывают из метана путем термического разложения (пиролиза) по реакции:

Для поддержания реакции пиролиза необходимо тепло, которое подводится путем нагрева исходных газов и образуется в результате сжигания непосредственно в реакционном объеме небольшого количества метана. В связи с тем фактом, что процесс пиролиза метана осуществляется в факеле, одновременно с образованием ацетилена протекает целый ряд побочных реакций, среди которых:

Помимо указанных, также протекают и реакции образования высших ацетиленовых углеводородов, например, таких как диацетилен, метил ацетилен, винилацетилен и др.

Продукты пиролиза метана.

Ацетилен это бесцветный горючий газ с формулой C₂H_2. Данное вещество, которое по своей массе легче воздуха, обладает резким запахом. Ацетилен был впервые получен в 1836 году химиком Эдмондом Дэви, который получил его путем обработки карбида калия водой. Тогда ацетилен было решено использовать для освещения улиц. Ацетиленовые горелки давали примерно в 15 раз больше света, нежели обычные газовые фонари на метане, которыми освещали улицы. С течением времени они были вытеснены электрическими фонарями, но еще долго использовались в отдельных местностях.

Данное вещество так и осталось бы забытым, если бы не развитие химической промышленности не нашло ему новое применение. В середине прошлого века ацетилен нашел все более широкое применение в качестве исходного сырья при производстве самых различных химических продуктов. Ацитилен используется для получения:

• мономеров для хлоропренового каучука
• различных пластических масс (поливинилхлорид, поливинилацет)
• химических волокон
• растворителей