Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

 

Допустить к защите

«____» ___________

___________

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «                                     »

Тема проекта: Энергосберегающие технологии ацетилена из природного газа.

 

Автор проекта                   

Специальность                    ___________________

 

Курсовой проект защищен с оценкой           _________________

Руководитель курсового проекта

доцент     _______________

 

Члены комиссии                           ________________

                                                       ________________

                                                       ________________

                                                      

 

Регистрация   «____» ___________год

Лаборант        _______________________

 

 

 

Содержание.

 

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Общие сведения об ацетилене……………………………………………5
1. Физико-химические свойства……………………………………..5
2. Применение…………………………………………………………7
3. Опасные факторы и меры безопасности………………………….8
2. Производство ацетилена………………………………………………….10
1. Производство ацетилена электрокрекингом.

(схема представлена в приложении 1)……………………………10

2. Производство ацетилена термическим крекингом

(схема представлена в приложении 2)……………………………13

3. Производство ацетилена термоокислительным пиролизом метана

(схема представлена в приложении 3)……………………………16

3. Энергосберегающие технологии ацетилена…………………………….18
1. Цели энергосбережения…………………………………………...19
2. Энергосберегающие решения………………………………….….21
4. Материальные и тепловые расчёты производства……………………...23
1. Составление материального баланса производства ацетилена…24
2. Расчет теплового баланса………………………………………….26

Выводы…………………………………………………………………………...29

Список использованной литературы…………………………………………...30

Приложения ……………………………………………………………………..32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Современное химическое производство представляет собой многотоннажное специализированное производство, основой которого является химическая технология.

 В  химической технологии рассматриваются  процессы, связанные с изменением  химического состава перерабатываемых  материалов.

Химическая технология  относится к естественным наукам, так как имеет дело с объектами  и процессами. Реальное химическое производство  представляет собой  совокупность большого числа взаимосвязанных технологических  процессов и аппаратов, предназначенных для  переработки сырья в продукты потребления.

Ацетилен, этин СН = GH, — бесцветный газ со слабым сладковатым запахом. Температура плавления—81,8°, температура возгонки— 83,6°С. Плотность по воздуху 0,9056, удельный вес при 0°С и 760 мм рт. ст. 1,1709 кг/м3.

Основной метод получения ацетилена из карбида кальция дает возможность получить ацетилен высокой концентрации. Существенным недостатком этого метода является весьма значительный расход электроэнергии па получение карбида кальция (около 3000 квт-час на 1 тонну карбида, что соответствует около 10000 квт-час на 1 тонну ацетилена).

В настоящее время перспективным является получение ацетилена из углеводородных газов нефтепереработки или из природного газа. Производство ацетилена из этих газов основано на крекинге их, требующем затраты большого количества энергии для создания высокой температуры. При этом ацетилен получается низкой концентрации и загрязненный гомологами. Применение такого ацетилена невозможно без выделения его из реакционной смеси и очистки.

В промышленном масштабе используются электротермический крекинг метана и термический крекинг пропана. Большое внимание уделяется термоокислительному пиролизу метана, так как этот способ позволяет наиболее комплексно использовать природный газ. Электрокрекинг характеризуется высокими затратами в подсобных цехах, связанных с обеспечением этого производства. Без утилизации побочных продуктов электрокрекинга стоимость ацетилена значительно повышается.

Термический крекинг требует меньше капитальных затрат и электроэнергии на единицу продукта. Существенное значение имеет вопрос подбора жароупорных материалов. Применение регенеративных печей с цикличностью их работы вызывает трудность при выдерживании режима на последующих стадиях процесса. Это же обстоятельство усложняет автоматизацию производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие сведения об ацетилене.

 

Ацетилен — ненасыщенный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов. В природе на Земле практически не встречается, т.к. из-за присутствия кислорода это крайне неустойчивое соединение, получается путем синтеза. Ацетилен обнаружен в атмосфере Урана, Юпитера и Сатурна. Впервые газообразный ацетилен получил в 1836 г. Эдмунд Дэви при разложении водой карбида калия, полученного при сплавлении металлического калия с углем: К2С2 + 2Н2О = С2Н2 + 2КОН. С конца 19 в., когда был разработан дешевый способ получения ацетилена из карбида кальция (CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2, который в свою очередь получали прокаливанием смеси угля и негашеной извести (СаО + 3С = СаС2 + СО), этот газ стали использовать для освещения. В пламени при высокой температуре ацетилен, содержащий 92,3% углерода (это своеобразный химический рекорд), разлагается с образованием твердых частичек углерода, которые могут иметь в своем составе от нескольких до миллионов атомов углерода. Сильно накаливаясь во внутреннем конусе пламени, эти частички обуславливают яркое свечение пламени — от желтого до белого, в зависимости от температуры (чем горячее пламя, тем ближе его цвет к белому). Ацетиленовые горелки давали в 15 раз больше света, чем обычные газовые фонари, которыми освещали улицы. Постепенно они были вытеснены электрическим освещением, но еще долго использовались в небольших фонарях на велосипедах, мотоциклах, в конных экипажах.

 

1. Физико-химические свойства.

При нормальных условиях — бесцветный газ, запах которого напоминает запах чеснока, малорастворим в воде, легче воздуха. Чистый ацетилен при охлаждении сжижается при -83,8°С, а при дальнейшем понижении температуры быстро затвердевает. Он умеренно растворим в воде (1150 мл в 1 л воды при 15°С и атмосферном давлении) и хорошо в органических растворителях, особенно в ацетоне (25 л в 1 л ацетона при тех же условиях и 300 л под давлением 12 атм). Термодинамически ацетилен неустойчив: он взрывается при нагревании до 500° С, а при обычной температуре - при повышении давления до 2 атм. Поэтому его хранят в баллонах, наполненных пористым инертным материалом, который пропитан ацетоном.

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации.Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м3. При сгорании температура пламени достигает 3300°С (5972 °F). Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C. Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди. Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Физико-химические основы процесса получения ацетилена методом термоокисленного пиролиза метана.

Из метана и других парафинов ацетилен получают путем высо­котемпературного пиролиза по следующим обратимым реакциям:

Эти реакции эндотермичны, и их равновесие смещается вправо только при 1000—1300°С. Однако при практическом осуществлении процесса с целью его ускорения требуется более высокая температура: 1500—1600°С для метана и 1200°С для жидких углеводородов.

 

2. Применение

Ацетилен используют для так называемой автогенной сварки и резки металлов. Для этого нужны два баллона с газами — с кислородом и с ацетиленом. Газы из баллонов поступают в специальную горелку. При сгорании ацетилена в кислороде получается очень горячее пламя; максимальная его температура (3200° С) достигается при содержании ацетилена 45% по объему. В таком пламени очень быстро расплавляются даже толстые куски стали. Как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (карбидка).

Ацетилен может служить исходным продуктом для синтеза многих более сложных органических соединений. Эта область применения ацетилена в настоящее время является самой обширной. Ацетилен - реакционноспособное соединение, вступающее в многочисленные реакции. Химия ацетилена богата. Из него можно получить сотни разнообразных соединений.

Он используется в производстве взрывчатых веществ (ацетилениды), для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.

  Применение ацетилена для газопламенной обработки металлов испытывает сильную конкуренцию со стороны более доступных горючих газов (природный газ, пропан–бутан и тд.). Однако, преимущество ацетилена – в самой высокой температуре горения, которая достигает 3200 ° С. Именно поэтому газопламенная обработка ответственных узлов машиностроительных конструкций производится только с помощью ацетилена, который обеспечивает наивысшую производительность и качество процесса сварки.

 

Сравнительные характеристики пламени при сварке различным газами

Газ                Температура пламени,

Ацетилен         3000 – 3200

МАФ                 2930

Пропан         2600-2750

Водород         2100-2500

Метан         2000-2200

 

 

 

3. Опасные факторы и меры безопасности

Хранят и перевозят ацетилен в заполненных инертной пористой массой (древесным углем или литой пористой массой) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «АЦЕТИЛЕН») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа. Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта.

  Ацетилен - взрывоопасный газ. С воздухом образует взрывоопасную смесь. Температура самовоспламенения ацетилена 335°С. Температура воспламенения ацетилено-воздушных смесей 305-470°С, ацетилено-кислородных 297-306°С,

При хранении ацетилена и его применении необходимо заботиться о достаточной вентиляции и учесть правила классификации электрооборудования. Открытое пламя и курение категорически запрещены.

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. При длительном вдыхании технического ацетилена появляется рвота и головокружение.

Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях:

- при нагреве  до 450-500°С и одновременном повышении  давления от 1,5 –2,0 атмосфер ацетилен  взрывается без внешнего источника  воспламенения;

- в смеси  с воздухом, если в воздухе  содержится ацетилена в пределах  от 2,3–80,7% по объему;

- в смеси  с кислородом, если ацетилена  содержится в пределах от 2,3-93% по объему;

- ацетилено-воздушные  и ацетилено-кислородные смеси  взрываются при наличии искры, открытого огня, нагретой поверхности  или какого-либо другого источника  воспламенения.

- при длительном  соприкосновении ацетилена с  красной медью и серебром образуются  взрывчатые соединения, которые  взрываются при ударе и повышении  температуры;

- при контакте  с водой ацетилен способен  образовывать твердый кристаллогидрат, представляющий собой кристаллическое  вещество белого цвета, напоминающий  снег или лед.

Все применяемые материалы, в т.ч. неметаллические части, как, например, заглушки вентилей, прокладки и мембраны должны обладать стойкостью к ацетилену и его растворителям. Ацетиленовая проводка должна быть стальной. Детали, изготовленные из серебра, меди или сплава, содержащего более 65% меди, нельзя применять из-за опасности образования взрывоопасных соединений меди и ацетилена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Производство ацетилена.

 

Сейчас широко применяются методы получения ацетилена из природного газа – метана: электрокрекинг 2СН4 ® С2Н2 + 3Н2 (струю метана пропускают между электродами при температуре 1600° С и быстро охлаждают, чтобы предотвратить разложение ацетилена); термоокислительный крекинг (неполное окисление) 6СН4 + 4О2 = С2Н2 + 8Н2 + 3СО + СО2 + 3Н2О (в реакции используют теплоту частичного сгорания ацетилена).