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^oС 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^oС 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.

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/нм³); - 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^oC 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/м³ 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^oC 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^oC. При этом в качестве источника водорода возможно использование хвостовых газов, образующихся из газов пиролиза после их очистки и выделения из них ацетилена.

Пример 1.

В прианодную и прикатодную части электрической дуги электродугового нагревателя Y-типа подают по 35 нм³/ч водорода, 15 нм³/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^oC природный газ в количестве 75 нм³/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/нм³ плазмобразующего газа.

Выход ацетилена - 46 кг/ч. Удельные энергозатраты составили - 8,7 кВт ч/кг ацетилена. Общее количество пирогаза 274 нм³/ч, количество сажи - 700 г/ч, т.е. 2,6 г/нм³ пирогаза.

Пример 2.

В прианодную и прикатодную части электрической дуги нагревателя того же типа, что и в примере 1, вместо водорода подают часть хвостового газа по 35 нм³/ч, содержащего 92% водорода, 4% углеводородов, 1,5% азота и 2,5% оксида углерода, а также 13 нм³/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/нм³ и удельные энергозатраты на получение ацетилена до 9,5 кВт ч/кг.

Формула изобретения

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^oС 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^oС 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.