Спосіб одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації

Реферат: Спосіб одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації включає нагрівання гомогенного теплоносія до температури 28002900 K та змішування вуглеводневої сировини з киснем та гомогенним теплоносієм при температурі 1500 1700 K. При цьому теплоносій, одержаний в результаті повного горіння метану та залишкових газів, подають струменями в основний потік попередньо нагрітої вуглеводневої сировини. UA 121673 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ АЦЕТИЛЕНУ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИМ ПІРОЛІЗОМ МЕТАНУ І ПРОДУКТІВ ЙОГО ОКСИДАЦІЙНОЇ ДИМЕРИЗАЦІЇ UA 121673 U UA 121673 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель призначена для застосування в нафтопереробній та нафтохімічній промисловості, як спосіб одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації. Пропонований спосіб дозволяє використовувати природний газ для виробництва ацетилену замість дорогої і дефіцитної нафтової сировини. Відомий процес сумісного піролізу метану і хлористого метилу в середовищі гомогенного теплоносія в результаті якого утворювався етилен, який в подальшому перетворювався в ацетилен [А.с. 1177286 СССР, опубл. 07.09.85], однак даний процес відбувається агресивному середовищі і потребує спеціального обладнання. Відомий процес одержання ацетилену перетворенням метану в суміші з киснем, при якому проходять паралельно реакції піролізу і окиснення [пат.№73097 Румунія, опубл. 15.02.79], однак в даному процесі не використовуються продукти перетворення, що призводить до втрати цінної вуглеводневої сировини. Найбільш близьким є спосіб одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації, що включає нагрівання гомогенного теплоносія до температури 2800 2900 K та змішування вуглеводневої сировини з киснем та гомогенним теплоносієм при температурі 1500-1700 К. В якості теплоносія використовували водяну пару за температури 2773-3773 K [пат США № 9,624,117, опубл. 29.11.2008]. Проте у вказаному способі конверсія метану є незначною, а сумарна селективність утворення ацетилену є недостатньою для промислового впровадження. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб, який би дозволив одержати ацетилен високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації із значно вищою конверсією метану та вищою селективністю утворення ацетилену при менших енергетичних затратах і менших сумарних витратах метану та кисню, з можливістю промислового впровадження. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації, включає нагрівання гомогенного теплоносія до температури 2800-2900 K та змішування вуглеводневої сировини з киснем та теплоносієм при температурі 1500-1700 K, згідно з корисною моделлю, а теплоносій, одержаний в результаті повного горіння метану та залишкових газів, подають струменями в основний потік попередньо нагрітої вуглеводневої сировини. Це дозволяє одержати ацетилен високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації, які містять етилен, а утворення ацетилену з етилену, в потоці гомогенного теплоносія (продуктів повного згорання горючих газів з киснем в присутності водяної пари) вимагає в два рази менше енергетичних затрат, а сумарні витрати метану і кисню будуть в 1,3 разу меншими порівняно з відомим процесом одержання ацетилену оксидаційним піролізом. Теплоносій одержують в результаті повного горіння метану та залишкових газів подають струменями в основний потік. Суть корисної моделі підтверджується прикладами конкретного виконання. Приклад конкретного виконання Вихідну суміш готували в окремій герметичній ємності об'ємом 8-10 л. Чистота метану і кисню, які використовували для приготування суміші, становила 98,7-99,2 %. Для проведення досліджень суміш використовували після повного перемішування протягом 24 годин і хроматографічного аналізу. Склад вихідної суміші % об.: СН4-84,25; О2-2,95; С2Н4-4,94; Н2-7,86. Ацетилен одержували на установці проточного типу в інтервалі температур 1500-1700 K. Теплоносій одержували в результаті перебігу реакцій повного горіння метану, або залишкових газів з киснем в присутності водяної пари. Водяну пару подають для того, щоб адіабатична температура повного горіння була ~2800 K. Вихідну суміш подають в реактор та нагрівають в електропечі, конструкція якої забезпечує попередній нагрів сировини до температури реакції і підтримання цієї температури в реакційній зоні. Термічне перетворення сировини відбувається в реакторі з внутрішнім діаметром 4,6 мм. Змішування здійснювали подачею теплоносія нагрітого до температури 2800 K струменями невеликого розміру 40-50 мм в потік попередньо нагрітої вуглеводневої сировини. Мольне співвідношення теплоносій:сировина змінювали, як 1:2, 1:3, 1:4. Загальний час перебування суміші в реакційній зоні співрозмірний з часом змішування двох потоків і пропорційний діаметру струменів, але час перебування продуктів реакції, в тому числі ацетилену, в зоні дуже високих температур співрозмірний з діаметром потоку теплоносія. При термічному перетворенні метану та продуктів його оксидаційної димеризації в середовищі водяної пари відбуваються реакції термічного розкладу самого метану і продуктів його перетворення та реакції взаємодії з водяною парою. При наявності кисню в реакційному середовищі, що має місце при оксидаційній димеризації, проходять також реакції окиснення як 1 UA 121673 U 5 10 вихідного метану, так і утворених продуктів. Реакційний гази після реактора подавали по капілярних трубках через систему осушування на хроматограф для проведення аналізу одержаних продуктів. Основними продуктами каталітичної оксидаційної димеризації метану були ацетилен, етилен, оксид вуглецю та водень. Утворення ацетилену з етилену, в потоці гомогенного теплоносія (продуктів повного згорання горючих газів з киснем в присутності водяної пари) вимагає в два рази менше енергетичних затрат, а сумарні витрати метану і кисню будуть в 1,3 разу меншими порівняно з відомим процесом одержання ацетилену. Визначали конверсію (ступінь перетворення) вихідних компонентів метану та кисню, селективність утворення ацетилену, етилену, а також вихід ацетилену на вихідний метан. Результати каталітичної оксидаційної димеризації метану з метою одержання цільових продуктів наведено в таблиці. Таблиця Результати високотемпературного піролізу метану і продуктів його оксидаційної димеризації (ізотермічні умови) Температура 1573 K. Склад вихідної суміші % об.: СН4-84,25; О2-2,95; С2Н4-4,94; Н2-7,86 Мольне співвідношення теплоносій: сировина 2 3 4 15 20 Концентрація в сухих газах піролізу, % Час об. реакції с -3 10 С2Н2 С2Н4 СН4 CO Н2 0,6 10,0 0,5 24,7 7,0 57,5 0,8 9,3 0,5 29,0 7,3 53,6 0,9 8,7 0,4 30,4 4,9 54,8 Селективність Конверсія утворення СН4, % C2H2, % 64,1 53.7 51,3 10,1 17,1 20,1 Як видно з даних, наведених в таблиці, селективність утворення ацетилену та конверсія метану є значно вищими, ніж в прототипі. Створена технологія одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації в потоці гомогенного теплоносія з високими показниками конверсії метану та селективності утворення ацетилену при менших енергетичних затратах і менших сумарних витратах метану та кисню, яка можлива для промислового впровадження. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Спосіб одержання ацетилену високотемпературним піролізом метану і продуктів його оксидаційної димеризації, що включає нагрівання гомогенного теплоносія до температури 28002900 K та змішування вуглеводневої сировини з киснем та гомогенним теплоносієм при температурі 1500 1700 K, який відрізняється тим, що теплоносій, одержаний в результаті повного горіння метану та залишкових газів, подають струменями в основний потік попередньо нагрітої вуглеводневої сировини. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2