Головна

Плазмохимическое отримання ацетилену з вугілля

  1. А) ви підтверджуєте отримання листа,
  2. Афінаж і отримання з концентратів ядерно-чистого урану
  3. Всесвітньо-історична теоріяізучает загальносвітове розвиток, прогрес людства. (Світогляд - отримання максимальних матеріальних благ).
  4. До майбутнього бою, а з отриманням бойового завдання організує бій.
  5. Призначення, склад і отримання пластичних мастил
  6. ОСВІТА, ФУНКЦІЇ ТА ОТРИМАННЯ ліквору
  7. Навчання за програмами підготовки офіцерів запасу на військових кафедрах або факультетах цивільних установ, що забезпечують отримання вищої і середньої спеціальної освіти

Звернення до вугілля як ще до одного углеродсодержащими сировинному джерела в процесі плазмового отримання ацетилену було логічним. Це тверде углеродсодержащими природна речовина особливо привабливо з точки зору його великих світових запасів і низької ціни. Ці фактори за умови досягнення досконалості організації процесу піролізу вугілля в плазмі можуть в найближчому майбутньому стати визначальними у виборі альтернативних видів вуглецевмісних сполук, що розглядаються як джерело освіти ацетилену.

Так як розвиток будь-якого нового процесу визначається економічними міркуваннями, то основна мета - це досягнення максимального освіти ацетилену при мінімальних енерговитратах. В рамках цього завдання основна увага більшості досліджень було сконцентровано на підвищенні виходу і концентрації ацетилену шляхом варіювання режимних параметрів, конструкції реакторів, організації процесу піролізу вугілля, а також виявлення впливу природи вугілля на показники процесу по ацетилену.

Особливу увагу при цьому було приділено впливу таких факторів, як температура або потужність плазмового струменя, час перебування вугільних частинок в плазмі, розмір часток, швидкість і спосіб подачі вугільного порошку в зону реакції, а також тип вугілля, вид плазмообразующего газу і конструкція плазмового обладнання.

Загальний висновок, який стосується кінцевих продуктів реакції вугілля в плазмі, наступний: в процесі піролізу вугілля в плазмі утворюється газ і твердий залишок; при цьому основними компонентами газової фази є ацетилен, оксид вуглецю і водень. Вугілля слід використовувати з розмірами гранул 50-100 мкм. Організація подачі вугілля повинна забезпечити його потрапляння в ядро ??плазмового струменя (дуги).

Максимальна перетворення вуглецю вугілля в ацетилен в процесі плазмового піролізу досягло 74,0% при концентрації водню в аргонової плазмі 9,17%.

Розглянемо коротко вплив перерахованих вище факторів на освіту ацетилену з вугілля.

вплив температури на освіту ацетилену корелюється з даними термодинамічної рівноваги, тобто концентрація ацетилену проходить через максимум при температурах 3000-3500 К. У процесах зі строго організованою загартуванням концентрація ацетилену в кінцевих продуктах може перевищувати термодинамічно рівноважну за рахунок додатково утворюється ацетилену з існуючих в реакційній суміші ряду вуглеводневих радикалів. Максимальна досягнута концентрація ацетилену дорівнює 22 об.%.

Час перебування вугільних частинок в реакційній зоні є похідним від ряду багатьох інших чинників, як то: среднемассовая температура плазми, вид плазмообразующего газу, вид вугілля, конструкція плазмотрона і реактора, яка визначає аеродинаміку двофазних потоків (газ - вугілля), а також обраний спосіб загартування продуктів реакційної суміші . В кінцевому підсумку час перебування вугілля в плазмі має забезпечувати прогрів часток вугілля до температур плазмового потоку. Залежно від конструкції плазмохимического обладнання час перебування вугільних частинок в плазмі коливається від 1 до 10 з-3.

В силу надмалих часів перебування вугільних частинок в плазмі велике значення має розмір вугільних гранул. Що однорідніша і тонше вугільна фракція, тим швидше прогріваються частки до високих температур, тим повніше відбувається перетворення вуглецю вугілля в ацетилен. Однак при зменшенні розміру вугільних гранул нижче 40 мкм відбувається конгломерація частинок. Узагальнення експериментальних робіт і теоретичних розрахунків призвело до значень рекомендованих розмірів вугільних частинок, рівних 40-100 мкм.

Одним з визначальних чинників є така організація подачі вугілля в плазмовий струмінь або дугу, яка забезпечувала б потрапляння вугільних частинок в найбільш гарячу зону плазмового потоку, що підвищує використання енергії плазмообразующего газу на прогрів вугілля і освіту ацетилену з нього.

Існуюча практика по перетворенню вугілля в ацетилен в плазмі показала, що освіта ацетилену сильно залежить від типу вугілля, Так як встановлено, що ацетилен утворюється з термічно нестійких структур вугілля, що визначають величину такої характеристики вугілля, як «вихід летючих», тому для плазмохимического отримання ацетилену з вугілля бажано використовувати бурі або кам'яне вугілля з високим вмістом летких; при цьому вугілля повинні містити якомога менше кисню, а отже, всі використовувані вугілля в даному процесі повинні бути попередньо підсушені.

Вид або характер плазмообразующего газу також сильно впливає на кінцевий результат отримання ацетилену з вугілля. Найбільш поширеним в цьому процесі є водень або суміш водню з аргоном. Ще кращі результати дає суміш водню з вуглеводнями, що досягнуто в останніх конструкціях плазмотронов.

З перерахованого вище очевидна особлива важливість ступеня досконалості конструкції всіх частин плазмообразующего обладнання, включаючи генерацію плазми (плазмотрон), стадію подачі вугілля в потік плазмообразующего газу, що забезпечує змішання вугілля з потоком газу і протікання самого процесу (реактор), а також гартівну частина реактора.

Тут слід зазначити, що в процесі піролізу вугілля в плазмі слід виділити дві конкуруючі реакції: утворення ацетилену і його розкладання на складові елементи - вуглець і водень. Тому стадія гарту піролізного газу має одне з найважливіших значень.

Зростання ентальпії газу плазми викликає підвищення як швидкості освіти ацетилену, так і його розпаду. Тому кінцевий результат буде залежати від обраного діапазону, в якому відбувається підвищення температури, а також від того, який з двох вище зазначених факторів виявиться превалюючим в розглянутому діапазоні. На кінцеве кількість ацетилену впливає не тільки швидкість, але і момент початку загартування. Наприклад, затримка гарту на 2.10-3 з призводить до зниження концентрації ацетилену з 15,5 до 10%.

При плазмовому піролізі вугілля велике значення має знання дійсних параметрів прогріву вугільних частинок. Незважаючи на високі температури плазмового струменя і тим більше дуги твердий залишок зазвичай містить значний відсоток летючих з'єднань, що погіршує якість сажі і знижує потенційно можливий вихід ацетилену, так як його освіту зазвичай пов'язують з вмістом аліфатичних і аліциклічних структур вугілля. У зв'язку з цим виникає питання про кінцеву температурі прогріву вугільних частинок при їх короткочасному контакті з плазмообразующих газом.

На рис. 4.5 і 4.6 графічно представлені деякі результати теплотехнічних розрахунків по визначенню температур вугільних частинок для варіанту подачі вугілля через отвір полого катода безпосередньо в дугу аргоновой плазми. Розрахунки показали, що мають місце такі факти:

· Кінцева температура вугільних частинок діаметром 25 мкм (як в центрі, так і на поверхні) досягає среднемассовой температури плазми лише при часу контакту з плазмою, що дорівнює 6.10-3 с. При меншому часу контакту температура частинки вугілля не досягає температури газу-теплоносія, а тому в реальному процесі частинки вугілля і виділяються з нього летючі речовини знаходяться в плазмі аргону в різних температурних умовах.

· У всіх випадках спостерігається градієнт температури по радіусу, тобто нагрів частинки в плазмі носить явно неізотерміческімі характер. Градієнт температури всередині частки в сильному ступені залежить від дисперсності матеріалу і збільшується з підвищенням температури газу. Тому для плазмового піролізу вугілля слід застосовувати по можливості більш тонку (не більше 30 мкм) і вузьку фракцію.

· Збільшення часу перебування частинки в плазмі при постійній температурі надає більший вплив на кінцеву температуру частки, ніж підвищення температури плазмообразующего газу при певному часу контакту.

Рис.4.5. Залежність температури в центрі tц і на поверхні tп вугільних частинок в залежності від їх розміру Rr для різного часу перебування:

а - Среднемассовая температура плазми (tср.м.пл. - 2000 оС); б - Среднемассовая температура плазми (tср.м.пл. - 5000 оС); tп, оС ___ ;tц - - - - - -

Мал. 4.6. Залежність температури в центрі частки вугілля (tц, Rr - 25 мкм) від температури плазми для різного часу

перебування, з:

? - ? - 0,5.10-3; 0 - ? - 1.10-3; N ??- t - 3.10-3; ? - ? - 6.10-3

Розглядаючи процес одержання ацетилену з вугілля в плазмі, необхідно враховувати паралельну освіту твердого залишку, на частку якого припадає до 50 мас.% Від вихідного вугілля. Цей залишок запропоновано використовувати, наприклад, в гумової промисловості в якості наповнювача. Причому міститься в сажі стані в залишку мінеральна частина не тільки не є шкідливою складовою, а являє собою бажану добавку в силу аморфності діоксиду кремнію і оплавленої округлої форми частинок золи, яку вони набувають після обробки плазмою. За всіма своїми характеристиками утворюється твердий залишок не поступається кращим маркам бистрошпріцуемих саж.

Для поліпшення економічної сторони цього процесу необхідно дотримуватися принципу комплексної безперервної переробки вугілля, в результаті якої всі утворюються сполуки мають цільове призначення.

Найближче до промислового виробництва ацетилену плазмовим способом підійшли фірми США та Німеччини. Зараз побудовано установку з піролізу вугілля в ацетилен потужністю 1,2 МВт. Кращі результати досягнуті при роботі з реактором, стабілізованою сильним магнітним полем, яке обертає дугу з високою швидкістю (рис. 4.7). Типові робочі умови процесу наступні:

Електрична енергія 250-350 кВт

Витрата водню 100-200 м3/ ч

Подача вугілля 60-200 кг / год

Тиск 0,2-1,2 бар

Основні показники цього процесу наведені нижче:

Питома витрата вугілля (на 1 т С2Н2) 5000 кг

Питома витрата електроенергії на (1 кг З2Н2) 11,5 кВт / кг З2Н2

Склад продуктів, що утворяться на 1 т С2Н2 (Кг):

С4Н2 С2Н4  СН4 Н2  СО  СО2 N2  сажа

 Рис.4.7. Схема плазмореактора для піролізу палива

Нижче наведені основні техніко-економічні показники плазмохимического отримання ацетилену для середини 80-х рр. XX ст. Для розрахунку прийнята установка, що забезпечує продуктивність 136 тис. Т / рік ацетилену (що необхідно для роботи типової установки виробництва вінілхлориду потужністю 300 тис. Т / рік). Капіталовкладення на спорудження плазмової установки складають 129,2 млн, причому основна їх частка припадає на стадію компресії і охолодження газу (23,4%), енергетичне обладнання (22,5%), виділення і очищення ацетилену (16,1%), осушку відпрацьованих газів (7%), виробництво пара і систему водяного охолодження (6,8%). Капітальні витрати безпосередньо на стадію піролізу складають 2,9%, на загартування пірогазу і видалення технічного вуглецю - 3,7%, підготовку вугілля - 4,1%, переробку твердих відходів - 1,6%. Сумарні витрати на виробництво 1 т ацетилену при цьому складають 460 дол. / Т. При цільовому використанні побічних продуктів (технічного вуглецю, синильної кислоти, шлаку, газу) витрати виробництва знижуються до 200 дол. / Т.

Основну частку собівартості ацетилену становить витрата електроенергії (49%). Витрати виробництва на сировину (витрата вугілля 500 тис. Т / рік), складають 17,9%, на пар - 13,8%, зарплату виробничого персоналу - 5,8%, утримання адміністративного персоналу - 3,5%, амортизацію і поточний ремонт обладнання - 2,7%, на електроди і хімікати - 2,9%. Як показали розрахунки, при виробництві вінілхлориду з ацетилену, отриманого плазмовим пиролизом вугілля, собівартість продукту на 29% нижче, ніж при отриманні його з етилену. При можливому подальшому зростанні вартості етилену, одержуваного з нафтопродуктів, плазмовий спосіб стане ще більш перспективним.

 




Електродугові плазмотрони | високочастотні плазмотрони | Термодинаміка плазмохімічних процесів | низькотемпературної плазмі | Енергії (ентальпії) енергоносія | До плазмохімічним процесам | Речовин в плазмі | углеродсодержащими СИРОВИНИ | вуглецевмісних сполук | І рідкого вуглець сировини |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати