Газ из газгольдера 8 сжимается компрессором 10 до давления 1 МПа, проходя после каждой ступени холодильники и сепараторы, не показанные на схеме. В абсорбере 11 он промывается диметилформамидом или N-метилпирролидоном, а непоглотившийся газ (Н₂, СН₄, СО, СО₂) проходит скруббер 12, где при орошении водным конденсатом улавливается унесенный им растворитель. После этого газ можно использовать в качестве синтез-газа или топлива.

Раствор в кубе абсорбера 11 содержит ацетилен и его гомологи, а также значительное количество близкого к ним по растворимости диоксида углерода с примесью других газов. Он проходит дроссельный вентиль 13 и поступает в десорбер 14 первой ступени. За счет снижения давления до 0,15 МЦа и нагревания куба до 40 °С из раствора десорбируются ацетилен и менее растворимые газы. Ацетилен при своем движении вверх вытесняет из раствора диоксид углерода, который вместе с другими газами и частью ацетилена выходит с верха десорбера, предварительно отмываясь от растворителя водным конденсатом. Эти газы возвращают на компримирование. Концентрированный ацетилен выводят из средней части десорбера 14, промывают в скруббере 15 водой и через огнепреградитель 16 выводят с установки.

Кубовую жидкость десорбера 14, содержащую некоторое количество ацетилена и его гомологов, направляют в десорбер 18 второй ступени, подогревая предварительно в теплообменнике 17. За счет нагревания куба до 100°С из раствора отгоняются все газы, причем из средней части колонны уходят гомологи ацетилена, направляемые затем на сжигание, а с верха — ацетилен с примесью его гомологов, возвращаемый в десорбер первой ступени. В растворителе постепенно накапливаются вода и полимеры, от которых его освобождают на установке регенерации, не изображенной на схеме. Полученный на установке концентрированный ацетилен содержит 99,0—99,5 % основного вещества с примесью метилацетилена, пропадиена и диоксида углерода (по 0,1—0,3%).

Рис. 2. Технологическая схема получения ацетилена окислительным пиролизом метана:

1, 2 — трубчатые печи; 3 —реактор; 4 — скруббер-сажеуловитель; 5 — электрофильтр; 6 — холодильник; 7 — форабсорбер; 8 — газгольдер; 9 — отстойник; 10 — компрессоры; 11— абсорбер; 12, 15 — скрубберы; 13 — дроссельный вентиль; 14, 18 — десорберы; 16 —огнепреградитель; 17 — теплообменник; 19 — кипятильники;

6. Материальный баланс процесса пиролиза природного газа

при окислительном пиролизе протекают следующие реакции:

2СН₄↔С₂Н₂+Н₂ – Q (1)

4СН₄+3О₂↔2С₂Н₂+6Н₂О+Q (2)

СН₄+О₂↔СО+Н₂+Н₂О+Q (3)

2СН₄+О₂↔2СО+4Н₂+Q (4)

Данные для расчета

1) Состав технического кислорода, % (об.):

кислород – 98,0;

азот - 1,0;

аргон - 1,0.

2) Число дней отводимых на ремонт – 15.

3) Состав природного газа, % (об.):

СН₄ - 97,5;

С₂Н₆ - 0,16;

СО₂ - 0,50;

N₂ - 1,80;

высшие углеводороды – 0,04.

4) Мощность установки по С₂Н₂, тыс.т/год 200;

5) Выход С₂Н₂ на непрореагировавший метан, % 8,8;

6) Доля СН₄ на реакцию (1) 0,72;

7) Распределение СН₄ на реакции (3) : (4) 1 : 4.

Часовая производительность установки

Из реакций (1) и (2) следует, что 1 моль С₂Н₂ получают из 2-х молей СН₄, т.е. расход метана на целевые реакции составит

По заданию – выход ацетилена составляет 8,8% на метан, следовательно, количество поступившего на установку метана:

;

Состав газа в %(масс.):

Для пересчета объемного состава в массовый и обратно необходимо знать плотность _i каждого компонента:

Масса любого газа при нормальных условиях равна его молярной массе, поделенной на объем, занимаемый одним молем, т.е. , где - плотность газа при нормальных условиях.

;

;

Исходя из того, что расход метана, идущего на целевые реакции 29305кг/ч, и доля метана на реакцию (1) составляет 0,72 расход метана на реакции составит:

(1) ;

(2) ;

Количество метана на реакции (3) и (4)

(3)

(4)

Материальный баланс процесса

По реакции (1)

Из 2 моль СН₄ – 1моль С₂Н₂ и 3 моль Н₂;

Для ацетилена – ; ;

Для водорода – ; .

По реакции (2)

Из 4 моль СН₄ и 3 моль О₂ – 2 моль С₂Н₂ и 6 моль Н₂О;

Для ацетилена - ; ;

Для воды - ;

Для кислорода - .

По реакции (3)

Из 1 моль СН₄ и 1 моль О₂ – 1 моль СО, 1моль Н₂О и 1 моль Н₂;

Для окиси углерода – ; ;

Для воды – ; ;

Для водорода – ; ;

Для кислорода – ;

По реакции (4)

Из 2 моль СН₄ и 1моль О₂ – 2 моль СО и 4 моль Н₂;

Для окиси углерода – ; ;

Для водорода – ; ;

Для кислорода – ;

Расход кислорода (на технический кислород)

Расход чистого кислорода 12 308+96 506+193010=301824 кг/ч;

Расход примесей:

;

;

;

G_{техн.кисл.}

Материальный баланс процесса пиролиза метана

Основные технологические показатели

Конверсия исходного сырья.

Количество метана и кислорода обозначаю G_з , количество ацетилена – G_п. Тогда конверсию сырья в процентах выражается следующим уравнением:

На метан

На кислород

Селективность нахожу как отношение готового продукта G_п к сырью G_c (на метан)

Выход целевого продукта.

Расходные коэффициенты на получение 1 тонны продукта:

1. По метану стехиометрический коэффициент на 1 т ацетилена:

Расходный коэффициент с учетом селективности

К_р= К_с/ = 0,615 / 0,088= 6,99 т/т продукта.

1. По кислороду стехиометрический расходный коэффициент на 1 т ацетилена:

Расходный коэффициент с учетом селективности

К_р= К_с/ = 0,923 / 0,088 = 10,49 т/т продукта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.

2. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. – 448 с.

3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.

4. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.