Пиролиз метана уравнение реакции ацетилена

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

Пиролиз метана: понятие, реакция, уравнение, продукты

Как получить ацетилен

Из метана в домашних условиях получить ацетилен очень сложно. Самый простой метод выделения данного газа – это реакция воды с карбидом кальция. Многие из вас, наверное, помнят, как бросали в лужи кусочки этого вещества и какая происходила реакция. При этом отмечалось бурное шипение. Что касается карбида кальция, то он постепенно таял, образовывая большое количество пены. Подобную реакцию можно записать так:

Многие используют технический карбид кальция, который содержит большое количество примесей. В результате этого при реакции с водой вещество выделяет неприятный запах. Возникает он из-за образования вместе с ацетиленом незначительного количества паров ядовитых газов. Чаще всего это фосфин, сероводород и так далее. Этот способ считается самым распространенным, так как получить ацетилен из метана можно только при помощи специального оборудования.

Как осуществляется крекинг

Осуществить превращения «метан — ацетилен» можно несколькими способами. В первом случае природный газ пропускают через предварительно раскаленные электроды. При этом температура может доходить до 1600 °С. После нагрева происходит быстрое охлаждение. Второй способ основан на использовании тепла, которое образуется в результате частичного сгорания ацетилена.

Уравнения реакций «метан — ацетилен» записываются следующим образом:

Специалисты не рекомендуют использовать для хранения ацетилена баллоны, оснащенные вентилями из бронзы. Ведь в состав этого сплава входит медь. Так как ацетилен химически активен, он может вступить в реакцию с металлом. В результате этого образуются взрывоопасные соли.

Текст

143377 Класс 121 т, 412 о, 194,сссо Е ИЗОБРЕТЕНКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СПИ ОТО дгисные группы43 и 50. П, Карпухин ПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА ИЗ МЕТАНА И ДРУГИХ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВв го 66584423ири Совете Миниегров ССС 1960 г влено 22 1 изобре евр ий и отирыти в очитет ио вел ии 11, Лв 24 вв 1961 Опубликов о в .,Бюллете ивоб Г) реализован ыше атмосферИзвестен способ получения ацетилена из метана в электрическом разряде под вакуумом с использованием высокотемпературного дугового разряда (1600 — 1800) и без применения в разрядном контуре конденсаторов и дросселей. При этом наряду с образованием ацетилена происходит распад его и распад метана и протекает ряд побочных реакций, преимущественно реакций, ведущих к образованию сажи.Выделение сажи в разрядной зоне существенно затрудняет работу и усложняет технологию производства ацетилена.Известна также модификация электрокрекинга природных углеводородных газов, основанная на применении тихого электрического разряда при низкой температуре. Однако по этому способу за один проход через реактор происходит лишь незначительное превращение метана н ацетилен, сопровождаемое значительным выделением сажи. В связи с этим, такой процесс проводят в серии последовательно установленных реакторов, работающих по указанному способу.В промышленном масштабе (СССР, Румыния, ФРспособ получения ацетилена из метана при давлениях вого (около 1,5 ат).Предложенный новый способ получечия ацетилена из метана и других газообразных углеводородов в электрическом разряде переменного тока при низкой температуре до 500 обладает рядом преимуществ перед вышеописанными способами и заключается в том, что, с ц,лыо получения газа с большим процентом ацетилена, не содержащего сажи, процесс проводят при атмосферном давлении в зоне электрического разряда, в котором фазовые изменения тока сглаживаются путем включения параллельно к разрядному промежутку емкости, а напряжение увеличивается за счет создания контура резонанса напряжений.143377В пред;10 кенной схеме (см. чертек) Олагодаря установке В азряд ном контуре И)ответствующей емкости и индуктивного сопротивления создаются условия для получени 51 в газовой зоне электронов с высокой энергией, что увсличивае 1 направленность реакции получения ацетилена, снижает темлературу процесса и уменьшает сажеобразование. Это повышает вь 1 Хи,р,цюцлсна и упрощает тсхнологичсску 1 о схему его получения.П р и м с р. Б стеклянный реактор М 1, снабженный двумя электродами, из которых один представляет собой металлический стержс 1 ь а второй трубку, присоединенную к ловушке, через боковые штуцеры А-А, подают тангенциально к боковой поверхности газ, содержащий метан и другие углеводороды. Одновременно на электроды подают ток Высокоп) напряжения о) трансформатора2. После возникновения газового разряда на электродах создается напряжение 10000 — -6000 в. Заданную разность потенциалов поддерживают при помощи находящихся в разрядном ко 1 пурс дросселя3 и конденсаторов4 за счет которых сглаживаются также фазовыс колебания тока. Расстояние между электродами поддерживают не менее 20 млю,При этом получают смесь газов, содержащу 1 о до 15 — 18% ацетилена; выход ацетилена 50 — 70% от теоретически возможного.В составе получаемого газа содеркится 50 в -65% водорода и О 17 до 35% непрореагировавшсго метана,1 хупрен образустся в количестве около 3% от полученного ацс 1 п лена.Предмет изоорстсни 51посоо получения ацетилена из метана и друтих газообразных углеводородов в электрическом разряде переменного тока при низкой температуре, о т л и ч а ю щ и й ся тем, что, с целью полученияазаоольшим процентом ацетилена, нс содержащего сажи, 51 роцесс п)оводят при атмосферном давлении в зоне электрического разряда в котором фазовъ 1 е измснсни 51 1 Ока сглякива 10 тся За счет ВклОчени 51 р,. ельно разрядному промежутку — емкости, а напряжение увеличивастс я за счет создания контура резонанса напряжений. д;сееепо З ср У 1г 7 сдуыс

Крекинг нефтепродуктов

В настоящее время можно не только из метана получить ацетилен. Основным промышленным методом производства этого представителя алкинов считается крекинг (расщепление) углеводородов. Если из метана получить ацетилен, то энергетические затраты будут минимальными. Помимо недорогого и доступного сырья, такая технология привлекает производителей углеводородного сырья простотой технологического оборудования, применяемого в процессе дегидрирования метана.

Существует два варианта проведения подобного химического процесса. Первый способ базируется на пропускании метана через электроды, раскаленные до 1600 градусов по Цельсию. Технология предполагает резкое охлаждение полученного продукта. Второй вариант дегидрирования метана с получением ацетилена предполагает применение энергии, которая образуется при частичном горении этого алкина.

Баллоны, в которых содержится ацетилен, не могут комплектоваться бронзовыми вентилями, так как в составе бронзы содержится медь. Взаимодействие данного металла с ацетиленом сопровождается получением взрывоопасной соли.

Крекинг нефтепродуктов

Как получить ацетилен

Карбидный способ

Можно из метана получить ацетилен или в качестве исходного вещества взять карбид кальция. Процесс протекает при обычных условиях. При взаимодействии карбида кальция с водой образуется не только ацетилен, но и гидроксид кальция (гашеная известь). Признаками протекания химического процесса будет выделение газа (шипение), а также изменение окраски раствора при добавлении фенолфталеина на малиновый цвет.

При применении в качестве исходного вещества технического карбида, имеющего различные примеси, в процессе взаимодействия наблюдается неприятный запах. Он объясняется присутствием в продуктах реакции таких ядовитых газообразных веществ, как фосфин, сероводород.

Продукты пиролиза метана.

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

Комментарии к статье

Карбидный способ

Меры безопасности при работе с ацетиленом

содержание ацетилена в воздухе рабочей зоны необходимо непрерывно контролировать автоматическими приборами, сигнализирующими о превышении допустимой взрывобезопасной концентрации ацетилена в воздухе, равной 0,46%;
при работе с ацетиленовыми баллонами поблизости не должно быть открытого пламени или отопительной системы; запрещается работать с баллонами, находящимися в горизонтальном положении, с незакрепленными баллонами, с неисправными баллонами; необходимо использовать неискрящийся инструмент, освещение и электрическое оборудование только во взрывобезопасном исполнении;
в случае обнаружения утечки ацетилена из баллона (по запаху и звуку) необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом;
при нагреве баллон с ацетиленом может взорваться с крайне разрушительными последствиями; в случае пожара необходимо по возможности удалить из опасной зоны холодные баллоны с ацетиленом, оставшиеся баллоны постоянно охлаждать водой или специальными составами до полного остывания; при загорании ацетилена, выходящего из баллона, необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом и поливать баллон водой до полного остывания; при сильном возгорании пожаротушение необходимо производить с безопасного расстояния; при пожаротушении рекомендуется применять огнетушители с содержанием флегматизирующей концентрации азота 70% по объему, диоксида углерода 57% по объему, водяные струи, песок, сжатый азот, асбестовое полотно, токораспыленную пену и воду; при тушении сильного пожара используются огнезащитные костюмы, противогазы и т.п.

Заключение

Ацетилен применяют в настоящее время в различных производственных областях. Он является ценным сырьем для синтеза этанола, пластмасс, каучуков, уксусной кислоты. Востребован этот представитель класса алкинов при резке и сварке металлов, в качестве яркого света в индивидуальных светильниках.

На базе ацетилена осуществляется синтез взрывчатых веществ, применяемых в виде детонаторов. В реакции окисления этого алкина в кислороде воздуха наблюдается сильное пламя. Не меньшую ценность имеет в химической промышленности и метан. Помимо применения его в качестве исходного вещества для производства ацетилена, он в больших количествах потребляется в качестве природного углеводорода в топливной промышленности. При его сгорании выделяется существенное количество теплоты.

источники:

http://ztbo.ru/o-tbo/stati/piroliz/piroliz-metana-ponyatie-reaktsiya-uravnenie-produkty

http://rmms66.ru/polucenie-acetilena-iz-metana.html