Ацетиленді өндіру
Ацетиленді алудың өзінің мәнін қазіргі кезге дейін жоғалтпаған бірінші өнеркәсіптілік тәсілі оны кальций карбидімен алу:
СaO + C  CaC₂ + CO
CaC₂ + H₂O  C₂H₂ + CaO
Кальций карбидін өндірудегі барлық шығындардың негізгі бөлігін өте жоғары температурада (1900-1950⁰С) эндотермиялық реакция жүруін қамтамасыз ететін электр энергияға кететін шығын құрайды.

Қазіргі кезде ацетиленді алудың негізгі тәсілі метанды және табиғи газды пиролиздеу болып табылады.

Метан пиролизінің термодинамикасы. Ацетилен түзілуі үшін оңтайлы температураны метан пиролизі кезінде жүретін реакциялардың әр түрлі температуралардағы тепе-теңдік конверсиясының шамаларын салыстыра отырып, термодинамикалық тұрғыдан анықтауға болады. Олардың негізгілері мыналар:

k₁

2CH₄ C₂H₂ + 3H₂ (1)

k₂

CH₄ C + 2H₂ (2)

k₃

C₂H₂ 2C + H₂(3)

k₄

2CH₄C₂H₄ + 2H₂(4)

k₅

6CH₄C₆H₆ + 9H₂ (5)
1-кестеде ацетиленді метаннан пиролиздеп алғандағы жүретін үш негізгі реакцияның кейбір термохимиялық және термодинамикалық сипаттамалары көрсетілген. Бұл мәліметтерден температураны үш аймаққа бөлуге болады: 1000⁰С-тан төмен, онда метан толық дерлік С-мен Н₂-ге ыдырайды; 1200-2000⁰С, онда метанның ацетиленге конверсиясы едәуір болуы мүмкін, және 2000⁰С-тан жоғары, онда ацетилен конверсиясының теориялық тұрғыдан өте жоғары болады.

1-кестеден қолданыстағы өнеркәсіптік қондырғылардағы жұмыстық температуралар аймағында  1500-1600⁰С-метан пиролизі реациясының тепе-теңдік өнімдері негізінен көміртек және сутек болу тиіс. Іс жүзінде солар реакцияның негізгі өнімдері болады, егер оның уақыты тепе-теңдік үшін жеткілікті болса, алайда (1) және (2) реакцияның берілген температуралардағы салыстырмалы жылдамдықтары тепе-теңдікке жеткенше реакциялық қоспада ацетиленнің едәуір концентрациясы және оған сәйкес бос көміртектің (күйенің) аздаған мөлшері болатындай болады. Ацетиленді алудың нақты үдерістерінде түзілген ацетиленді сақтау және күйе түзіуін өте азайту үшін метанды жылдам жоғары ткмператураға дейін қыздыру, ал алынған реакциялық қоспаны жылдам суыту (шынықытыру, тоңазыту) керек. Іс жүзінде реакция аймағында реакция температурасы 1500-1600⁰С болғанда, метанның болу уақыты 0,01 секунд болады.
1-кесте
Метаннан ацетилен алғандағы жүретін кейбір реакциялардың термохимиялық және термодинамикалық сипаттамалары

K1 2CН4 = С2Н2 + 3H2		К2 СН4 = С + 2Н2	К3 С2Н2 = 2C + Н2
(ΔН298 = 91 ккал/моль; ΔG = 96 290— 64,7 Т кал/моль; 1220°С-де ΔG о = 0)		(ΔН298 = 20,4 ккал/моль; ΔG° = – 21470 + 26,0 Т кал/ моль; 552°С-де ΔG° = 0)	(ΔH298 = – 54 ккал/моль; ΔG° = 53 350 – 12,7 Т кал/моль; 3923°С-де ΔG° = 0)
Температура, °С	СН4-тің С2Н2-гі конверсиялау дәрежесі, %	Тепе-теңдік концентрациялар, %
		Н2		С2Н2
500	0,00	100		0
1000	4,84	100		0
1500	66,00	99,98		0,02
2000	99,90	99,92		0,08
3000	99,99	94,80		5,20
5000	100	42,50		57,50

---

Метан пирорлизінің механизмі. Босрадикалдық механизм жалпыға бірдей қабылданған. Метан пиролизінің өнімдерінде ·СН₃, :СН₂ және СН радикалдары байқалған.

Бос радикалдар арқылы метаннан үш байланыспен байланысқан екі көміртек атомынан тұратын ацетилен қалайша түзілуін түсіндіру үшін көптеген сұлбалар ұсынылды. Олардың ішінде алдымен этан түзіледі деген пікір бойынша екі механизм қабылданған.

1-механизм

Бұл сұлба бойынша метилен (:СН₂) радикалынан алдымен этан түзіледі, содан соң дегидрлеу реакциясы нәтижесінде этилен түзіледі, этилен әрі қарай ацетиленге дейін дегидрленеді:

СН₄ :СН₂ + Н₂

:СН₂ + СН₄ СН₃СН₃

СН₃СН₃ СН₂ = СН₂ + Н₂

СН₂=СН₂ С₂Н₂ + Н₂
Этилен екі метилен радикалдарынан да түзілуі мүмкін:
2 :СН₂ СН₂ = СН₂
2- механизм

Екінші сұлба бойынша этан реакцияның алғашқы кезеңдерінің бірінде пайда болған метил радикалдарының реакциясының өнімі болып табылады:
СН₄ ·СН₃ + ·Н

·СН₃ + СН₄ СН₃ - СН₃ + ·Н
Этан сондай-ақ екі ·СН₃ радикалдарынан түзілуі де мүмкін
2·СН₃ СН₃ — СН₃ (тізбектің үзілуі)
Мынадай реакциялар да болуы мүмкін:
·Н + СН₄ ·СН₃ + Н₂ (тізбектің өсуі)

2Н·  Н₂ (тізбектің үзілуі).
Ацетилен, бірінші сұлбадағыдай, этаннан және аралық этиленнен де дегидрлеу реакциясының нәтижесінде түзіледі.

Ацетилен өндірудің өнеркәсіптік үдерістері.

---

Ацетиленді алудың өнекәсіптік үдерістерін жүзеге асырғанда негізгі қиыншылық-жылудың көп мөлшерін жылдам және бірқалыпты тарату. Ол ацетиленге инверсияланудың жарамды дәрежесіне жету үшін жоғары температуралырды қолдану қажеттілігімен байланысты. Басқа мәселе – реактордан шығатын газдарды күрт суыту қажеттілігі; оны ацетиленнің ыдырауын тоқтату мақсатымен жүргізеді, ол салыстырмалы түрде оңай шешіледі. Әдетте ыстық газдар ағынына суды бүркиді. Технолог шешуге тура келетін соңғы мәселе – газдардың құрамында аз концентрацияда (7-13% көлем) болатын ацетиленді бөліп алу және тазарту. Ацетиленді осы пиролиз газдарынан жарамды еріткіштерімен селективті жұтқызу арқылы бөледі, сосын әрі қарай қыздыру арқылы немесе басқа жолдармен бөліп алады. Селективті еріткіш ретінде су қолданылған болса, кейіннен басқа селективтілігі жақсы еріткіштер: N-метилпироллидон, ацетон, диметилформамид, диметилсульфоксид қолданды.

Қажетті жылуды жеткізу тәсілі бойынша метанның пиролизінің өнеркәсіптік үдерісінің келесі түрлері белгілі: пештердегі (регенеративті пештер көмегімен қыздыру) пиролиз, электрлік доғадағы пиролиз және автотермиялық пиролиз (дербес жандыру көмегімен қыздыру). Олардың біріншісі – метанды пештерде пиролиздеу – қазіргі кезде сирек қолданады.

Электрлік доғадағы пиролиз (электрпиролиз). Электрдоғалық пештерде жүргізілетін метанның электр пиролизі 1940 жылдан бастап өнеркәсіптік мәнге ие болды. Метанды вольт доғасы арқылы екі метал элетродтарының арасынан өткізеді. Кернеуі шамамен 8000 вольт тұрақты тоқты пайдаланады. Газдың доға арқылы өту жылдамдығы шамамен 1000 м³/с; доғаның температурасы шамамен 5000⁰С, ал оған дейін газ қыздырылатын температура шамамен 1600⁰С. Шығатын газдарды лезде су бүркіп суытады (150-200⁰С-қа дейін).

1-суретте метанның электрпиролизіне арналған реактор бейнеленген. Реактор болаттан жасалған және цилиндір пішінді болады. Метан жоғарғы, ең кең, бөлігіне кіреді, онда желдеткіш және мыстан жасалған жоғарғы кернеудің элетроды болады. Соңғысы реактордың корпусынна қыш массасы арқылы оқшаулап және «көйлек» арқылы суытылады. Реактор корпусы-


1-сурет. Метанның электр крекингісіне арналған реактор:

1 – жоғарғы электрод; 2 – желдеткіш; 3 – жандыруға арналған қосымша электрод; І және ІІ – су; ІІІ – реация өнімдері

---

ның төменгі жағы жерге тартылған және екінші электод болып саналады. Енгізетін метанның турбуленттік ағынының нәтижесінде (желдеткіш) электрлік доға екінші электродпен әртүрлі ағын арқылы жанасып қозғалмалы болады. Метанның ацетиленге айналуы 50%-ға дейін жетуі мүмкін. Доғалық пештен алынатын газда шамамен 13% (көл) ацетилен, 45% сутек, шамамен 1% этилен, ыдырамаған метан, күкіртті сутектің, көкерткіш қышқылдың, көміртек оксидінің және басқа да сіңбелердің аздаған іздері (мөлшері) болады.

Пиролиз нәтижесінде 100 кг метаннан немесе шамамен 80% метаны бар табиғи газдан 45 кг 97%-дық ацетилен, 9,2 кг 98%-дық этилен, 5,13 кг күйе және 13 кг 98%-дық сутек алуға болады. Электрэнергияның тазартылмаған ацетиленге есептелген шығыны – шамамен 9 кВтс/кг.

Автотермиялық пиролиз. Бұл үдерісті парциалдық тотықтыру, толық емес жану немесе термототықтырғыш пиролиз деп те атайды. Бұл әдіс метанның (немесе басқа көмірсутектік шикізаттың оттекті жеткіліксіз бергенде) жану жылуының (ішкі жандыру) есебінен қыздыруға негізделген.

Метанның автотермиялық пиролизі жағдайларында мынадай реакциялар жүретіндіктен:

2СН₄ + О₂  2СО + 4Н₂

2СН₄ С₂Н₂ + 3Н₂

өнімдер әрқашанда ацетиленнің, көміртек оксидінің және сутектің қоспасы болып табылады.

Жоғарыда көрсетілген реакциялардан басқа автотермиялық пиролиз кезінде келесі реакциялар да жүруі мүмкін:

СН₄ + 2О₂ СО₂ + 2Н₂О

С₂Н₂ + 2Н₂О 2СО + 3Н₂

С₂Н₂ + 2СО₂4СО + Н₂

С + Н₂О  СО + Н₂

С + СО₂2СО

Ацетилен түзілуінің жиынтық реакциясын мынадай түрде көрсетуге болады:

6СН₄ + 4О₂ С₂Н₂ + 8Н₂ + 3СО + СО₂ + 3Н₂О

1500⁰С-тан төмен болмайтындай температураға жеткізу тиіс болғандықтан үдерісті технологиялық рәсімдеуге бұның кейбір шектелімдері болады. Біріншіден, таза оттекті пайдалану қажет, өйткені ауада болатын азот метанды жандырғандағы біраз жылуды жұтады және химиялық реакцияларға қатысуы мүмкін. Екіншіден, максималды температураға жетуді жеңілдету үшін газды алдын ала қыздыру керек. Алайда шикізатты алдын ала қыздырудың дәрежесі метанның крекингілеуі басталатын температурамен және тұтанудың ертерек иницирлену қауіптілігімен шектелген. Бастапқы газ қоспасында оттектің метанға көлемдік қарым-қатынасы 1:2 болады.

---

2-сурет. Ацетиленді метаннан толық емес жандыру

арқылы алуға арналған реактор:

1-араластырғыш камерасы; 2 – жалынды таратуға арналған құрылғы;

І – суытқыш су; ІІ – реакцияның газдары
2-суретте өнеркәсіптік қондырғы типтерінің бірі көрсетілген. Толық емес жандыру қондырғысының пиролиз секциясы, негізінен, алдын ала қыздырылған метан мен оттектің ағындарын араластыратын және жағатын жандырғы болып табылады, одан соң жану өнімдерді өте жылдам суытумен «шынықтырылады». Алдын ала тұтануды болдырмау үшін араластыру аймағында қыздыру дәрежесі әдетте шамамен 600-700⁰С температурасымен шектеледі.

Осы мақсатпен жалын араластыру аймағына қайта кетпес үшін арнайы жандырғы блогы қолданылады. Араластыру аймағы және жандырғы блогы арқылы газды беру жылдамдығы жалынның қайтарылып кетуін болдырмайтындай етіп таңдалынады. Реакциялық газы шынықтыру жану аймағынан кейін тікелей өте тозаңдалған суды бүрку арқылы жүргізіледі.

Пиролиздің «шынықтырылған» газдарының құрамы мынадай болады:

Көлемдік,%

Ацетилен 8,0

Көміртек (ІV) оксиді 3,5

Көміртек (ІІ) оксиді 26,0

Метан 5,0

Сутек 56,0

Оттек 0,1

Жоғарғы ацетилендік

көмірсутектер және

басқа өнімдер 1,0
Осылармен қатар сондай-ақ күйенің аздаған мөлшері түзіледі, оларды ішінара суытқыш су арқылы кетіреді.

Қондырғы 1500м³/сағ. метанды жібере алады; ацетиленнің шығымы 25-31% болады.

Пиролиз газы ондағы шайыр мен күйенің тозаңданған бөлшектерінен тазартылады, содан соң жоғарғы ацетилендік көмірсутектер бөлініп алынады. Ацетилен селективті еріткішпен сорбцияланады, ол үшін әдетте метилпирролидон пайдаланылады. Сорбцияланбаған газдар олардан еріткіштерді бөліп алу үшін шайылады (жуылады). Абсорберден шыққан ацетиленмен қаныққан еріткіш стабилизацияланады, яғни өте нашар еритін құрамдастардан босатылады, содан соң буландырғыш колоннаға түседі, ол жерде одан ацетиленді бөліп алады.

1 т ацетиленді өндіру үшін шамамен 4,2 т метан және 5 т оттек қажет болады. Бұл кезде қосымша өнім ретінде 2:1 қатынаспен негізінен сутек пен көміртек оксидінен тұратын 5 т газ түзіледі. Осы ілеспе газды (синтезгазды) аммиак пен метанолды синтездеуге пайдалануға болады. Сонымен, қондырғы ацетилен және синтезгазды өндіру үшін қолдануға болады.

Ацетиленнің өнеркәсіптік қолданылуы.

---

Смотрите также файлы

• Изучите материал на сайтах httpsinternetboss rustrategiiinvestirovaniya.docx

• Влияние атмосферного давления на артериальное давление человека.docx

• Транспорт.docx

• Обработка исключений.docx

• Задачами практической работы являются.docx