Способ плазмохимического пиролиза углеводородов

 

Плазмохимический пиролиз углеводородов по настоящему способу предназначен преимущественно для получения ацетилена с обеспечением высокой эффективности процесса, в том числе исключается образование цианистых соединений, что, в свою очередь, снижает затраты на концентрирование и выделение этого продукта. Данный процесс характеризуется тем, что в плазмообразующий газ плазмохимического пиролиза углеводородов вводят водяной пар. Смесь включает углерод углеводов и кислород воды в следующем мольном соотношении 1 : (1 : 1,5), предпочтительно 1 : 1,1. В качестве плазмообразующего газа используют хвостовые углеродсодержащие газы. Для образования водного пара и/или охлаждения продуктов реакции используют воду, насыщенную углеводородами.

Изобретение относится к процессам получения ацетилена пиролизом углеводородов электрокрекингом и плазмохимическими методами.

Известны способы плазмохимического пиролиза углеводородного сырья посредством смешения сырья с теплоносителем, нагретым в электрической среде. При этом в качестве теплоносителя применяют аргон, водород, природный газ, продукты его пиролиза (углеводород-водородные смеси) и т.п. (В.Н. Антонов и др. Производство ацетилена, с. 131 151).

Основным недостатком при применении в качестве теплоносителя природного газа или продуктов его пиролиза является образование цианистых соединений, так как в природном газе, а следовательно, и в продуктах его пиролиза содержится азот. В результате при выделении низших олефинов (ацетилена, этилена и т.п.) из пирогаза требуется очистка от цианистых соединений (синильной кислоты), что является весьма сложной стадией в технологической схеме выделения и очистки низших олефинов.

Целью изобретения является исключение образования синильной кислоты при пиролизе азотсодержащих углеводородных газовых смесей, и в первую очередь, природного газа, содержание азота в котором составляет 2 8 объема.

Это достигается тем, что в качестве плазмообразующего газа, нагреваемого в электрической дуге (теплоносителя), применяют газовую смесь водного пара, углеводородов или углеводородсодержащей смеси в соотношении углерод углеводородов кислород водяного пара, равном 1 (1 1,5), предпочтительно 1 1,1.

Кроме того, в качестве плазмообразующего газа используют хвостовые газы процесса получения ацетилена. При этом для образования водяного пара и/или охлаждения продуктов реакции применяют воду, насыщенную углеводородами.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. В электродуговой нагреватель (плазмотрон) электрической мощностью 14 Мвт подают плазмообразующую газовую смесь: природный газ (состав, процентный объем: метан 93,8; этан 2,0; пропан 0,8; бутан 0,4; азот 2,6; диоксид углерода 0,4) в количестве 1200 м3/ч и водяной пар в количестве 95,4 кг/ч (соотношение углерод кислород равно 1 1).

На выходе из электродугового нагревателя образуется нагретая до 3200 K струя газовой смеси состава, процентный объем: окись углерода (CO) 33,6; водород 65,6; азот 0,8.

В эту струю подают 2500 м3 природного газа на пиролиз, смешивают в течение 10-3 с теплоносителем до получения температуры 1800 1900 K и охлаждают ("закалка") водой. В результате получают пирогаз, содержащий 1 т/ч ацетилена.

Пример 2. Условие, как в примере 1, но подают водяного пара 1430 кг (соотношение углерод кислород равно 1 1,5).

В этом случае на пиролиз подают природный газ в количестве 3000 м3 и получают 1 т/ч ацетилена.

Пример 3. В электродуговой нагреватель (электрической мощностью 11,65 МВт подают плазмообразующую газовую смесь: углеводородсодержащие газы (хвостовые газы пиролиза) состава, процентный объем: ацетилен 0,6; углерод 6,0; азот 1,1) в количестве 3200 м3/ч и водяной пар в количестве 250 кг/ч (мольное соотношение углерод кислород равно 1 1,1).

В нагретую до температуры 3200 K газовую смесь состава, процентный объем: окись углерода 11,2; водород 87,2; азот 1,0; водяной пар 0,6, вводят природный газ в количестве 2300 м3/ч. В результате получают пирогаз, содержащий ацетилен (11,3 процентный объем) в количестве 1 т/ч.

Из приведенных примеров видно, что водяной пар вводят в плазмообразующий газ для окисления углерода, входящего в состав углеводов, что исключает возможность образования цианистых соединений. При этом водяной пар вводят с избытком, предпочтительно на 10-20 по сравнению с необходимым количеством по стехиометрии.

Однако водяной пар нельзя водить меньше, чем соотношение углерод кислород 1 1, так как тогда есть вероятность образования цианистых соединений. Нецелесообразно вводить больше, чем соотношение 1 1,5, так как в этом случае будут конвертировать в окись углерода и водород углеводороды, подаваемые на пиролиз, что приведет к увеличению расхода сырья, а следовательно, ухудшаются экономические показатели процесса.

Во время закалки энергия пирогаза используется на нагревание жидкости и ее испарение. Развитая поверхность контакта жидкость-газ создается диспергированием воды форсунками. Неиспарившаяся при закалке вода служит также для транспортировки и смыва сажи из реактора.

Вода для закалки подается в реактор в два яруса форсунок: на верхний ярус горячая вода 70oC, на нижний ярус 40oC "грязная" водооборотного технологического цикла процесса получения ацетилена. Отношение между объемами горячей и холодной воды составляет порядка 0,8.

Для предотвращения обратных, параллельных или последовательных побочных реакций, ведущих к снижению концентрации ацетилена, используют закалку пирогаза водой "грязного" оборотного цикла или насыщенную углеводородами. Пирогаз из реактора направляют в систему аппаратов сажеочистки и охлаждения. Состав пирогаза в пересчете на сухой газ в объемных процентах, следующий: CH4 4,3; N2 0,9; H2 77,4; C2H2 11,4; C2H4 0,32; CO 5,0; C3H4 0,01; C3H4 0,2; C4H2 0,44; C4H4 0,01; C4H6 0,01; C6H8 0,01.

Реакция конверсии в электродуговом плазмотроне типа ЭДН ВС, состоящем из электродугового нагревателя, реакционной камеры и закалочного устройства, при температуре электрической дуги описывается бруттопревращением.

Образующийся в результате конверсии газ при температуре 3500 K в состоянии низкотемпературной плазмы обладает большой энтальпией и служит теплоносителем для эндотермических реакций пиролиза.

После электродугового нагревателя плазмообразующий газ смешивается с природным газом или другим углеводородным сырьем в реакционной камере.

В результате смешения горячего потока плазмообразующего газа T 3500 K и холодного потока природного газа T 293 K, а также протекания реакций пиролиза образуется пирогаз, имеющий температуру 1700 K. Объем пирогаза 1270 нм3/ч. Давление в реакторе 2,5 кгс/см2, время образования ацетилена в реакционной камере порядка 0,001 с.

Совокупность процессов, проходящих в реакторе, описывается следующим уравнением: 98,52 CH2 + 0,17 C2H6 + 0,11 C3H8 + 0,02 H C4H10 + 0,01 и -C4H10 + 1,12 H2 + 4,98 H2O + 132,29 H2 + 44,17 CO _ 5,32 CH4 + 1,12 H2 + 278,95 H2 + 33,66 C2H2 + 4,16 C2H4 + 49,15 CO + 0,075 п C3H4 + 0,6 OM - C3H4 + 1,35 C4H2 + 0,34 C4H4 + 0,04 C4H6 + 0,11 C6H6 + 3,76 C Настоящее техническое решение выгодно отличается от известных высокой эффективностью, в том числе исключается образование цианистых соединений, что снижает затраты на концентрирование и выделение ацетилена.

Формула изобретения

1. Способ плазмохимического пиролиза углеводородов преимущественно для получения ацетилена, включающий нагрев в электрической дуге плазмообразующего газа, содержащего углеводороды, подачу и смешение сырья с этим газом и охлаждение продуктов реакции, отличающийся тем, что в плазмообразующий газ вводят водяной пар при мольном соотношении углерода углеводородов и кислорода воды 1 1 1,5, предпочтительно 1 1,1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве плазмообразующего газа используют хвостовые углеродсодержащие газы.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для образования водяного пара и/или охлаждения продуктов реакции используют воду, насыщенную углеводородами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения ацетилена и синтез-газа или газа-восстановителя из угля по технологии электрической дуги или плазмы и позволяет повысить экономичность способа за счет более полного и эффективного использования сырья

Изобретение относится к реактору для получения ацетилена термоокислительным пиролизом углеводородного газа и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности

Изобретение относится к способу получения ацетилена и синтез-газа
Изобретение относится к химической технологии, точнее, к усовершенствованному способу выделения ацетилена из сбросных газов процесса получения 1,4-бутиндиола (1,4-БИД) на базе ацетилена и формальдегида

Изобретение относится к плазмохимической переработке углей

Изобретение относится к получению винилхлорида

Изобретение относится к переработке продуктов окислительного пиролиза метансодержащего газа

Изобретение относится к способам переработки углекарбонатного минерального сырья и может быть использовано при его глубокой переработке с получением карбида кальция и /или ацетилена
Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения ацетилена путем гидролиза карбида кальция водой

Изобретение относится к процессам получения ацетилена пиролизом углеводородов электрокрекингом и плазмохимическими методами

Наверх