ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реакции углеводородов в электрических разрядах из "Производства ацетилена " Реакции расщепления и превращения углеводородов наблюдаются в электрических разрядах всех типов. [c.126] В темном и тлеющем разрядах образование и рекомбинация радикалов и ионов в основном протекают под действием электрического разряда. Заметную роль в этих процессах играют атомы водорода, образующиеся при расщеплении молекул углеводородов. В зонах темного и тлеющего разрядов развиваются невысокие температуры (60—150° С), что исключает реакции термического распада, однако последующее повышение температуры приводит к увеличению выхода продуктов превращения. Большое влияние на расщепление углеводородов оказывает давление, от которого часто зависит характер разряда. [c.126] По убыванию стойкости к действию тлеющего разряда углеводороды можно расположить в следующем порядке ароматические углеводороды нафтены алканы алкены бициклоалкены. В каждом гомологическом ряду по мере увеличения молекулярного веса углеводорода снижается его стойкость к действию разряда, уменьшается относительный расход электроэнергии на расщепление и растет выход конечных продуктов реакции. [c.127] В опытах при раздельном пропускании ацетилена, этилена и этана через зону тлеющего разряда было установлено что ацетилен распадается с образованием водорода, гомологов и полимеров ацетилена и сажи, а этилен и этан в этих условиях разлагаются главным образом на ацетилен и водород. При Ulv = 8,5 вт-ч л распадается половина исходного ацетилена, а при 20 вт-ч1л происходит почти полное его разложение, но только 9% ацетилена превращается в газообразные моно- и диацетиленовые производные, а основными продуктами являются полимеры коричневого цвета. Количества этилена и зтаиа незначительны (0,1%). Разбавление водородом тормозит разложение ацетилена — уменьшается скорость реакции, которая в зависимости от условий может быть первого или второго порядка. [c.127] Изучение поведения метана, ацетилена, этапа и этилена в тлеющем разряде, а также расчет скоростей и степени превращения этих углеводородов показали, что основная часть ацетилена получается по первому направлению — непосредственно из метана Несколько меньшая роль принадлежит второму и третьему направлениям, и только 10% ацетилена образуется по схеме Касселя. [c.128] Все эти радикалы были обнаружены в газах крекинга спектроскопическим путем Ацетилен образуется при димеризации метнн-ных радикалов -СН- и в результате присоединения атомарного углерода к метиленовым радикалам -СНз-. Присутствие атомарного углерода также было установлено спектроскопически. Исследование спектров поглощения показало, кроме того, наличие в газах крекинга диацетилена и высших ацетиленов. Рассчитанные энергии активации для процессов в тлеющем разряде приближаются к энергии активации реакций, протекающих при термических процессах , Механизм активации в тлеющем разряде сводится к образованию ионов посредством соударения электронов с молекулами углеводородов. [c.128] При получении ацетилена из метана и других углеводородов в тлеющем разряде было установлено м-16 что с увеличением расходуемой мощности на единицу объема исходного метана растет содержание ацетилена в продуктах реакции (табл. IV- ). Понижение давления в зоне разряда также приводит к увеличению выхода ацетилена. Минимальные затраты энергии на образование ацетилена из метана в условиях тлеющего разряда составляют 9,6 квт-ч на 1 кг С2Н2 при оптимальном давлении 100 мм рт. ст. Оптимальная удельная нагрузка 1,2—1,8 квт-ч на 1 ж СН4. Вследствие низкой общей мощности тлеющего разряда он не нашел промышленного применения. [c.128] Термодинамические и кинетические условия образования ацетилена в электрической дуге в основном такие же, как при термических процессах. Наложение электрического поля и соприкосновение исходного углеводорода и конечных продуктов реакции с узким потоком газа, находящегося в состоянии изотермической плазмы, инициирует термический крекинг при этом из реактора выходят газы с более высоким, чем при чисто термических процессах, содержанием ацетилена и продуктов его полимеризации и деструкции. [c.129] В зоне высокого нагрева электрической дуги имеется достаточно энергии для осуществления всех этих процессов и, следовательно, суммарное направление крекинга определяется главным образом кинетикой составляющих его стадий. На рис. 1У-7 показаны кинетические условия различных реакций при электрокрекинге метана При установлении оптимального режима (температура 1500—1600° С, продолжительность реакции 0,5-10 - 1 10 сек) можно добиться максимального выхода ацетилена и подавления побочных реакций. [c.129] Из Приведенных данных видно, что с увеличением молекулярного веса несколько уменьшаются затраты энергии, и поэтому для получения ацетилена в электрической дуге выгоднее использовать гомологи метана. Для них оптимальная температура крекинга составляет 1000—1400° С. [c.130] При электрокрекинге углеводородов энергия расходуется на подогрев исходного газа до температуры реакции и на образование ацетилена и побочных продуктов. Полезный расход энергии на 1 кг ацетилена составит а кет ч. Если обозначить степень превращения углеводорода в ацетилен г], степень общего превращения А, общий расход электроэнергии и и объем углеводорода У,то удельный расход энергии на единицу объема исходного углеводорода составит и/У. Благодаря предварительному подогреву углеводорода перед подачей в зону электрокрекинга и использованию тепла реакционных газов значительно снижается как полезный расход энергии а, так и общий расход и. [c.130] Процесс крекинга углеводородов в электрической дуге является примером очень быстро протекающих химических реакций исходный газ вводится в аппарат при относительно низкой температуре, за 0,5-10 - -2 10 сек успевает нагреться в средне.м до 1600° С и затем быстро охлаждается водой до температуры, при которой активные химические реакции прекращаются. На характер химических процессов, происходящих в дуге, наряду с температурой влияют давление, скорость и режим газового потока. [c.130] Электрическая дуга может гореть при низких и при высоких давлениях. При пониженном давлении ионы, и в особенности электроны, под действием электрического поля приобретают большую кинетическую энергию, поскольку свободные пробеги велики и соударения ионов с молекулами редки. Ионизованные молекулы газа также приобретают значительный запас кинетической энергии и, следовательно, высокую температуру. Нейтральные молекулы, наоборот, имеют малые запасы кинетической энергии и соответственно низкую температуру. Поэтому при небольших давлениях много энергии расходуется на нагрев газа и образование ионов, но степень разложения молекул невелика, поскольку взаимные соударения редки. С повышением давления учащаются столкновения молекул газа, вследствие чего быстрее достигается термодинамическое равновесие. [c.131] Важное значение для получения равномерного температурного поля имеет турбулизация газового потока, проходящего через дугу. Для того чтобы создать наименьшее сопротивление, обычно придают потоку газов и дуге вращательное движение, в результате чего под действием центробежной силы образуется поток с меньшим статическим давлением, соответственно уменьшается плотность газа и возрастают длина и устойчивость дуги. Стационарные дуги используются только в экспериментальных целях — для изучения кратковременного действия дуги на испытуемый газ. [c.131] При технологическом оформлении процесса электрокрекинга наибольшее распространение получили трубчатые аппараты с линейным или коаксиальным расположением электродов. В таких реакторах поток газа непрерывно проходит через зону высоких температур. Трубчатые катод и анод охлаждаются проточной водой, что предотвращает их выгорание. Газообразный углеводород, проходящий через дугу, при линейном ее расположении нагревается неравномерно. В центральной нити дуги в зоне нижнего электрода газ имеет наиболее высокую температуру, при которой в основном протекают процессы деструкции и образуется сажа ( горячая нить дуги). Около этой нити происходит термический крекинг углеводорода с образованием ацетилена. По-мере удаления от нити температура углеводорода снижается у стенки электрода газ имеет самую низкую температуру и охлаждает электрод, нагретый до 700° С излучением электрической дуги. В описанных реакторах дуга перемещается с большой скоростью. [c.131] Вернуться к основной статье