Енерготехнологічна установка одержання ацетилену та генерації електроенергії

Винахід відноситься до хімічної промисловості, до виробництва мономерів для органічного синтезу. Ацетилен (С2Н2) одержують різними способами з карбіду кальция і вуглеводневої сировини. З природного газу (метану) ацетилен одержують шляхом термоокислювального піролізу, електрокрекінгу та плазмового піролізу. Найбільш близьким до запропонованого винаходу (прототипом) є плазмовий піроліз метану до ацетилену при температурі в зоні реакції 4300 - 4800°С. В цьому процесі використовується найдорожчий вид енергії - електроенергія. У зв'язку з великими витратами і ціною електроенергії неможливо забезпечити високі економічні показники виробництва ацетилену цим способом, і тому плазмохімічний піроліз природного газу не знайшов широкого промислового застосування [1,2]. Метою дійсного винаходу є зниження витрат електроенергії і природного газу на виробництво ацетилену. Вона вирішується шля хом створення енерготехнологічної установки, яка виробляє хімічні продукти (етилен та ацетилен) і електроенергію, необхідну для роботи плазмохімічного реактора. Електроенергія генерується за рахунок фізичної теплоти пірогазу і спалювання побічних продуктів піролізу. Робота комбінованої енерготехнологічної установки по запропонованому способу іллюструється схемою, яка зображена на малюнку. Основними апаратами технологічної схеми є: трубчаста нагрівальна піч (1), плазмохімічний реактор (2), суміщений з гартувальне - випарним апаратом (ГВА) (3), скрубер охолодження і відмивки пірогазу (4), секція абсорбційного та низькотемпературного розділення пірогазу (5), паротурбінна установка, яка включає парогенератор (6) і парову турбіну (7) з допоміжним обладнанням, та електрогенератор (8). Природний газ та водень нагріваються у тр убчастій печі 1 до 800 - 900°С і спрямовуються в плазмохімічний реактор (плазмотрон) 2. Водень за допомогою електричної дуги постійного струму нагрівається до 4300 - 4700°С і частково дисоціює на атоми, тобто утворюється низькотемпературна плазма, яка швидко змішується з сировиною (природним газом) і здійснюється її піроліз. Склад продуктів піролізу залежить від температури і часу контакту, яке визначається потрібним співвідношенням ацетилена до етилена (С2Н2:С2Н4). Економічність одержання ацетилену значно зростає, якщо процес піролізу проводити в ацетилен-етиленовому режимі в області максимального виходу суми цих продуктів, що призводить до більш повного використання сировини і, одже, до снижения її витрат. При температурному рівні 4300 - 4600°С оптимальний час контакту буде знаходитись в границях 10-6-10-9 сек. Суттєва частка теплоти плазми йде на ендотермічні реакції піролізу, і суміш газів адіабатичне охолоджується до 2000-1600°С. При цих температурах пірогаз виходить з реактора, і для припинення реакцій здійснюється його швидке охолодження (гартування) до температури 1000°С шляхом вприскування нагрітого майже до температури насичення водяного конденсату. При вказаних умовах утворюється пірогаз приблизно такого складу (% мас.): Н2 16, СН4 - 18, С2Н2 - 34, С2Н4 - 25, С3Н 4 - 3, С4+ви щ - 3, сажа - 1 [1,3]. При такому складі пірогазу для одержання 1 кг С2Н2+ С2Н4 потрібно приблизно 1.64 кг або 2,2 м 3 метану. Витрати електроенергії на одержання водневої плазми складає приблизно 8 кВт.ч/кг С2Н2+С2Н4. Подальше охолодження пірогазу проходить в ГВА 3, встановлених беспосередньо за реактором. В ГВА генерується енергетичний пар тиском 12-13 МПа. Охолоджений до 360-420°С пірогаз спрямовується в скрубер 4 для наступного охолодження та очистки від смоли і сажи. Охолоджений і очищений пірогаз при тиску 0,2-0,4 МПа подається в секцію 5 для абсорбційного вилучення ацетилену, низькотемпературного вилучення етилену і адсорбційного вилучення водню. Після вилучення цільових продуктів залишається паливний газ, який складається в основному з метану з домішками більш важких вуглеводнів та водню. В парогенераторі 6 генерується пар тиском 12-13 МПа. В парогенератор подається також пара з ГВА, частка якої складає 50-55%. Після перегріву пара подається в парову турбіну 7, яка є приводом електрогенератора 8. Одержана електроенергія подається до плазмового реактору 2, надлишок її надходить до заводської електромережі. Розрахунки показали, що приведені витрати та собівартість товарної продукції, які одержані по запропонованому способу на 17-20% нижче, ніж по відомим способам одержання ацетилену з природного газу. Список посилань. 1. Антонов В.Н., Лапидус А.С. Производство ацетилена.-М.: Химия, 1970. - 416 с. 2. Зубкова К. А., Лактюшин А.И. и др. К вопросу об оптимизации процесса плазмохимического получения ацетилена из природного газа // Химическая технология. - 1980. - №1. - с.29 - 33. 3. Кинетика и термодинамика химических реакций в низкотемпературной плазме / Под ред. Л.С. Полака. - М.: Наука, 1965. - 236 с.