Пиролиз природного газа ацетилен

2.1.3.1. Термоокислительный пиролиз природного газа.

Наиболее распространенный способ переработки природного газа в ацетилен. При работе по этому методу часть газа сжигается в токе кислорода с получением тепла, необходимого для конверсии оставшейся части сырья до ацетилена. Исходные продукты – метан и кислород – предварительно нагревают до температуры 550-600 0 С­­ и направляют в реактор, состоящий из смесителя (СН₄:О₂ – 1:0,65), диффузора, горелки, реакционной камеры и закалочного устройства. Закалка способствует предотвращению разложения ацетилена на элементы. На 1 кг С₂Н₂ расходуется: природного газа – 4,5-6,5 кг; кислорода – 4,9 кг; водяного пара – 4 кг, электроэнергии — 1,5-2,0 кВт.ч. Выход сажи составляет — 3%, (такой же порядок, как при канальном способе ее производства). Состав газа (% объемные): С₂Н₂ – 7-9 %, Н₂ – 45-55 %, СН₄ – 5-25 %, СО – 26-27 %, СО₂ – 3-4 % [65].

Сажи, получаемые в этом процессе, имеют довольно высокие значения удельной поверхности (60-120 м₂/г), являются низкоструктурными (0,65-0,85 см 3 ДБФ/г).

2.1.3.2. Электрокрекинг природного газа.

Осуществляется в стальных охлаждаемых водой реакторах, в которых между двумя электродами, подключенными к высоковольтному (8000 В) источнику постоянного тока, возбуждается электрическая дуга. В зону ее действия, где средняя температура поддерживается на уровне 1600 0 С, вихревым потоком со скоростью 100 м/с подается природный газ. Выводимые из этой области продукты реакции, проходя через водоохлаждаемую трубу, остывают до температуры 600 о С, а затем, впрыскиванием воды, резко охлаждаются до 150 о С. После выделения сажи в нескольких последовательно установленных циклонах, пенном аппарате и электрофильтре, реакционные газы поступают на разделение. Их состав (% объемные): С₂Н₂ — 11-13 %, СН₄ (неразложившийся) – 28-30 %, Н₂ – 56-58 %, N₂ – 3-7 %. Расход электроэнергии составляет 13000 кВт.ч/тонну С₂Н_2.. На тонну С₂Н₂ в зависимости от исходного состава газа получается от 60 до 180 кг сажи.

Сажи электрокрекинга метана имеют высокие значения удельной поверхности и являются высокоструктурными [65].

2.1.3.3. Разложение жидких углеводородов в различных видах электрических разрядов [19,71].

Общим для всех рассмотренных выше способов получения саж является то, что их реакционные устройства имеют высокотемпературную область, в которой происходит превращение сырья и образование целевых продуктов, направляемых далее в зону, где производится их закалка. Вся образовавшаяся сажа находится в объеме реакционных газов.

При разложении жидких углеводородов в электрических разрядах образующиеся газы мгновенно вытесняются в окружающую жидкую среду, где происходит их мгновенная закалка. Затем реакционные газы, пройдя слой сырья, удаляются из реактора, а сажа почти полностью в диспергированном виде остается в жидком продукте.

Исследования с использованием высоковольтной дуги [67], возбуждаемой от источника напряжением 15000 В промышленной частоты, позволили установить, что характер перерабатываемого сырья оказывает существенное влияние на составы и выходы продуктов распада. Из парафиновых углеводородов получается газ, содержащий (в объемных %) : С₂Н₂ – 31-33 %, С₂Н₄ — 9 %, СН₄ — 2 %, Н₂ – 57-58 %. Выход сажи составил — 14%, а расход электроэнергии – 9 кВт.ч/кг С₂Н₂. Из бензола получено: С₂Н₂ – 41,4 %, С₂Н₄ — 0,8 %, СН₄ — 0,2 %, Н₂ – 58%. Выход сажи составил 53,7%, а расход электроэнергии – 9,3 кВт.ч/кг С₂Н₂. При использовании высоковольтных дуговых разрядов можно работать под давлением до 0,5 МПа [68], осуществлять совместное разложение тяжелых и легких фракций нефтепродуктов, подавая последние в испаренном виде между электродами, находящимися в окружении высококипящего сырья [69].

Разложению в электрической дуге могут быть подвергнуты различные фракции углеводородов. Состав образующихся газов и выход сажи зависит от природы сырья, что иллюстрируется данными, приведенными в табл. 2.2. [71].

Составы и выходы продуктов, полученных при электрокрекинге нефтепродуктов и пиролизных смол [71].

Источник

СПОСОБ ПИРОЛИЗА ПРИРОДНОГО ГАЗА В АЦЕТИЛЕН ЭНЕРГИЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ Российский патент 2001 года по МПК C10G15/08

Изобретение относится к процессам получения ацетилена из углеводородов С₁-С₃ и природного газа с использованием электрической энергии.

Известны способы получения ацетилена пиролизом газообразных углеводородов C₁-С₃ энергией электрической дуги, например электрокрекинг природного газа, реализованный в промышленных масштабах (в Германии, Румынии, РФ) (Антонов В. Н. , Лапидус А.С. Производство ацетилена. — М.: Химия, 1970, с. 134).

Основные недостатки электрокрекинга:
— значительное сажеобразование (10-12 г/нм 3 );
— образование пироуглерода на стенках, деталях конструкции и малый ресурс длительности непрерывной работы электродугового нагревателя-реактора;
— малый ресурс работы электродугового устройства;
— низкая степень превращения сырья в целевой продукт (менее 45%).

Известны способы пиролиза углеводородов C₁-С₃ энергией теплоносителя (водорода), нагретого в электрической дуге, — так называемый плазмохимический пиролиз.

Указанные способы включают стадии нагрева водорода в электрической дуге, горящей между анодом и катодом, подачи сырья в струю нагретого водорода перед входом в реактор, смешения его с теплоносителем, выдержки при температурах 1500-1700 o C с образованием ацетилена и закалки образовавшихся продуктов реакции (Антонов В.Н., Лапидус А.С. Производство ацетилена. — М.: Химия, 1970, с. 147-152).

Основными недостатками указанных способов являются:
— необходимость высокоэнтальпийного нагрева теплоносителя (до 5-6 кВт • ч/м 3 H₂), что может быть достигнуто с тепловым КПД электродугового нагревателя не более 70%;
— требуемая высокая чистота водорода (более 99%), необходимая для увеличения стойкости электродов — анода и катода;
— малый ресурс длительности работы устройств для осуществления указанного способа.

Целью изобретения является исключение указанных недостатков.

Это достигается тем, что в прикатодную и прианодную части дуги подают смесь водорода и части углеводородного сырья при объемном соотношении расходов углеводородов и водорода в диапазоне от 0,2:1 до 1:1, предпочтительно 0,43: 1. Остальную часть сырья, 70% и более от общего расхода подогревают до температуры выше 600 o C и подают спутно в зону столкновения нагретых в дуге потоков на входе в реактор, поддерживая общее соотношение расходов углеводородов и водорода в реакторе равными или более 1,5:1 при средней температуре 1650 o C. При этом в качестве источника водорода возможно использование хвостовых газов, образующихся из газов пиролиза после их очистки и выделения из них ацетилена.

В прианодную и прикатодную части электрической дуги электродугового нагревателя Y-типа подают по 35 нм 3 /ч водорода, 15 нм 3 /ч природного газа (соотношение углеводороды — водород 0,43:1), а в зону столкновения нагретых в дуге указанных потоков, расположенных под углом 60-90 o по отношению друг к другу на входе в реактор, подают спутно подогретый до 650 o C природный газ в количестве 75 нм 3 /ч (общее соотношение: природный газ — водород 1,5: 1). Электрическая мощность плазмотрона — 400 кВт. Удельный расход энергии на нагрев и реакцию составляет — 2,3 кВт • ч/нм 3 плазмобразующего газа.

Выход ацетилена — 46 кг/ч. Удельные энергозатраты составили — 8,7 кВт • ч/кг ацетилена. Общее количество пирогаза 274 нм 3 /ч, количество сажи — 700 г/ч, т.е. 2,6 г/нм 3 пирогаза.

В прианодную и прикатодную части электрической дуги нагревателя того же типа, что и в примере 1, вместо водорода подают часть хвостового газа по 35 нм 3 /ч, содержащего 92% водорода, 4% углеводородов, 1,5% азота и 2,5% оксида углерода, а также 13 нм 3 /ч природного газа. Остальные параметры, выход ацетилена и удельные энергозатраты те же, что и в примере 1. Работа плазмотрона стабильна.

При подаче смеси в приэлектродные области с отношением расхода углеводородов к расходу водорода менее 0,2:1 нарушается стабильность работы электродугового нагревателя, а при соотношении более 1:1 увеличиваются количество сажи до 8 г/нм 3 и удельные энергозатраты на получение ацетилена до 9,5 кВт • ч/кг.

Похожие патенты RU2177022C1

• Губарев А.И.
• Добрышев В.В.
• Мурин Г.Ф.
• Попов В.Т.
• Словецкий Д.И.

• Тухватуллин А.М.
• Гарифзянов Г.Г.
• Тухватуллина Л.Ф.
• Гарифзянова Г.Г.

• Гарифзянова Гюзель Габдульбаровна
• Яруллин Рашит Низамович
• Гарифзянов Габдульбар Гарифзянович
• Гиниятов Халил Зиннурович

• Коротеев Анатолий Сазонович

• Пригожин Виктор Иванович
• Золотухин Иван Васильевич
• Ильичев Виталий Александрович
• Пичугин Юрий Васильевич
• Савич Анатолий Романович

• Артемов Арсений Валерьевич
• Крутяков Юрий Андреевич
• Кулыгин Владимир Михайлович
• Переславцев Александр Васильевич
• Кудринский Алексей Александрович
• Тресвятский Сергей Сергеевич
• Вощинин Сергей Александрович

• Артемов Арсений Валерьевич
• Крутяков Юрий Андреевич
• Кулыгин Владимир Михайлович
• Переславцев Александр Васильевич
• Кудринский Алексей Александрович
• Тресвятский Сергей Сергеевич
• Вощинин Сергей Александрович

• Генкин Михаил Владимирович
• Киселевич Петр Викторович

• Рачук В.С.
• Шипулин Ю.А.
• Пригожин В.И.
• Савич А.Р.
• Пичугин Ю.В.

• Полак Л.С.
• Овсянников А.А.
• Попов В.Т.
• Нурсултанов О.С.
• Шмыков Ю.И.
• Мурин Г.Ф.

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ПИРОЛИЗА ПРИРОДНОГО ГАЗА В АЦЕТИЛЕН ЭНЕРГИЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Область использования: производство ацетилена, химическая промышленность и газопереработка. Сущность изобретения состоит в том, что при электродуговом пиролизе природного газа в ацетилен при средней температуре 1650 o С в прианодную и прикатодную части электродугового нагревателя подают смесь водорода и часть природного газа при соотношении объемных расходов сырья и водорода в диапазоне 0,2 до 1, а остальную часть сырья (>70% общего его расхода) предварительно нагревают до температуры выше 600 o С и подают в зону столкновения нагретых анодного и катодного потоков на входе в реактор, поддерживая общее соотношение объемных расходов сырья и водорода через реактор равным или более 1,5:1. В качестве источника водорода возможно использование части хвостовых водородсодержащих газов, образующихся после очистки газов пиролиза от сажи, смол, гомологов ацетилена и выделения из них ацетилена. Способ позволяет снизить энергозатраты на получение ацетилена, снизить сажеобразование, повысить ресурс непрерывной работы плазмотрона и реактора. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 177 022 C1

1. Способ пиролиза природного газа в ацетилен энергией электрической дуги, включающий стадии нагрева потока теплоносителя в электродуговом плазмотроне, подачи природного газа в поток теплоносителя, их смешение, последующего пиролиза природного газа при средней температуре 1650 o С и закалки образовавшихся продуктов конверсии, отличающийся тем, что часть природного газа в смеси с водородом подают непосредственно в прианодную и прикатодную части дуги в объемном соотношении сырья и водорода, равном (0,2 — 1) : 1, предпочтительно 0,43 : 1, а остальную часть сырья, равную или более 70% от общего расхода, подогревают до температуры выше 600 o С и подают спутно в зону столкновения потоков, нагретых в прианодной и прикатодной частях дуги, поддерживая общее соотношение расходов сырья к водороду, равное или большее 1,5 : 1. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника водорода используют водородсодержащие хвостовые газы, образовавшиеся из газов пиролиза после их очистки и выделения ацетилена.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2177022C1

АНТОНОВ В.Н., ЛАПИДУС А.С

Производство ацетилена

— М.: Химия, 1970, с.147-152

DE 1468159 А1, 04.02.1971

US 3168592 А, 02.02.1965

ГРИНЕНКО Б.С., ЗЕЛИЗНЫЙ А.М

Производство ацетилена из природного газа

— Киев: ГОСТЕХИЗДАТ, 1963, с.137-149.

Источник