МАРТЬЯНОВ М. А., РОМАНОВ А. Д.
Научный руководитель – А. Р. МАРТЬЯНОВ
Институт прикладной физики академии наук Российской Федерации,
Нижегородский государственный технический университет
ПОЛУЧЕНИЕ АЦЕТИЛЕНА ПИРОЛИЗОМ
ПРИРОДНОГО ГАЗА
Проблема переработки метана существует с тех пор, как началось освоение углеводородных ресурсов Земли в промышленных масштабах. Однако уже первые попытки осуществления конверсии метана выявили основные проблемы и требования к процессу, а именно:
в силу высокой термодинамической стабильности молекулы метана необходима высокая температура (1200 – 1500 С) газа в аппарате для того, чтобы элементарные реакции распада метана пошли с заметной скоростью;
воздействие высокой температуры (1200 – 1500 С) на углеводороды, являющиеся целевыми продуктами конверсии метана (в первую очередь ацетилен, этилен, этан), неизбежно приводит к образованию некоторого количества твердого углерода (в виде сажи, кокса или пироуглерода);
наличие в системе твердых продуктов конверсии метана накладывает существенные ограничения на использование в аппаратах разного рода змеевиков для контактного нагрева метана от стенки и рекуперативных теплообменников;
В России и в мире существует несколько промышленных процессов переработки природного газа (метана): плазмохимический, пиролиз в регенеративных печах с насадками, частичное окисление метана.
Продуктом плазмохимического процесса конверсии метана является в основном ацетилен, сажа и балансовый водород. Остальные продукты конверсии получаются в незначительных количествах и не могут рассматриваться как коммерческие. Таким образом, область применения плазмохимической конверсии метана ограничена получением ацетилена. Энергетическая цена ацетилена, полученного данным способом колеблется от 11 до 14 кВт/кг, рекуперация тепла отходящих газов практически не возможна из-за наличия до 20 масс% твердого углерода (сажи).
Процесс пиролиза метана в регенеративных печах с насадками из огнеупорной керамики изучен достаточно хорошо. Существует несколько промышленных установок, работающих на данном принципе, однако аппаратное оформление процесса сложно и при объемах переработки метана менее 10 000 тыс. т в год экономически не выгодно строить установки такого типа.
Область применения процесса частичного окисления метана ограничена производством синтез-газа (смеси водорода и монооксида углерода), загрязненного диоксидом углерода в значительных количествах.
Предлагаемый нами вариант аппарата позволяет перерабатывать любое углеводородное сырье (в том числе и метан) при температуре до 1500 С в целях получения ацетилена, этилена, водорода и синтез-газа. Сухое сырье (без пара или воды) подается в установку под давлением от 5 до 30 атм. Минимальная конверсия метана 40 масс.%, селективности этилена и ацетилена в расчете на конвертированный метан 48 и 22 масс % соответственно, выход гомологов этилена и ацетилена, а также бензола, в сумме не более 0.2 масс %, выход кокса не более 5 масс.%.
Энергетическая цена этилен-ацетиленовой фракции без рекуперации тепла 28,6, с рекуперацией не более 15 МДж на килограмм полученного этилена+ацетилена. Для сравнения в дуговых плазматронах энергетическая цена получения ацетилена составляет около 50 МДж на кг
Получающийся в процессе конверсии углеводорода твердый углерод (сажа) не мешает нормальной работе реактора и выводится из аппарата независимо.
