Метан используют для получения ацетилена: Получение ацетилена из метана и его использование

alexxlab | 22.06.2023 | 0 | Разное

Метан, Methane – Актуальные публикации на сайте компании «НИИ КМ»

Часто этот взрывоопасный газ называют «болотным». Всем известен его специфический запах, но на самом деле это — специальные добавки «с запахом газа», которые добавляются для того, чтобы его распознать. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов. Помимо всего прочего, этот газ довольно активно участвует в образовании всем известного парникового эффекта.

Метан — газ, обычно связанный с живыми организмами. Когда в атмосферах Марса и Титана обнаружился метан, у ученых появилась надежда на то, что на этих планетах существует жизнь. На Красной планете метана немного, а вот Титан буквально «залит» им. И уж если не для Титана, то для Марса биологические источники метана столь же вероятны, как и геологические. Метана много на планетах-гигантах — Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, где он возник как продукт химической переработки вещества протосолнечной туманности. На Земле он редок: его содержание в атмосфере нашей планеты — всего 1750 частей на миллиард по объему (ppbv).

Источники и получение метана

Метан — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха. Его химическая формула — CH₄. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты со специфическим «запахом газа». Основной компонент природных (77—99%), попутных нефтяных (31—90%), рудничного и болотного газов (отсюда другие названия метана — болотный или рудничный газ).

На 90–95% метан имеет биологическое происхождение. Травоядные копытные животные, такие как коровы и козы, испускают пятую часть годового выброса метана: его вырабатывают бактерии в их желудках. Другими важными источниками служат термиты, рис-сырец, болота, фильтрация естественного газа (это продукт прошлой жизни) и фотосинтез растений. Вулканы вносят в общий баланс метана на Земле менее 0,2%, но источником и этого газа могут быть организмы прошлых эпох. Промышленные выбросы метана незначительны. Таким образом, обнаружение метана на планете типа Земли указывает на наличие там жизни.

Метан образуется при термической переработке нефти и нефтепродуктов (10—57% по объёму), коксовании и гидрировании каменного угля (24—34%). Лабораторные способы получения: сплавление ацетата натрия со щелочью, действие воды на метилмагнийиодид или на карбид алюминия.

В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и калия) или безводного гидроксида натрия с уксусной кислотой. Для этой реакции важно отсутствие воды, поэтому и используется гидроксид натрия, так как он менее гигроскопичен.

Свойства метана

Метан горит в воздухе голубоватым пламенем, при этом выделяется энергия около 39 МДж на 1м³. С воздухом образует взрывоопасные смеси. Особую опасность представляет метан, выделяющийся при подземной разработке месторождений полезных ископаемых в горные выработки, а также на угольных обогатительных и брикетных фабриках, на сортировочных установках. Так, при содержании в воздухе до 5–6% метан горит около источника тепла (температура воспламенения 650—750 °С), от 5–6% до 14–16% взрывается, свыше 16% может гореть при притоке кислорода извне.

Снижение при этом концентрации метана может привести к взрыву. Кроме того, значительное увеличение концентрации метана в воздухе бывает причиной удушья (например, концентрации метана 43% соответствует 12% O₂).

Взрывное горение распространяется со скоростью 500—700 м/сек; давление газа при взрыве в замкнутом объёме равно 1 Мн/м². После контакта с источником тепла воспламенение метана происходит с некоторым запаздыванием. На этом свойстве основано создание предохранительных взрывчатых веществ и взрывобезопасного электрооборудования. На объектах, опасных из-за присутствия метана (главным образом, угольные шахты), вводится т.н. газовый режим.

При 150-200 °С и давлении 30-90 атм метан окисляется до муравьиной кислоты.

Метан образует соединения включения — газовые гидраты, широко распространенные в природе.

Применение метана

Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др.  Важное производное метана — нитрометан.

Автомобильное топливо

Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Метан и парниковый эффект

Метан является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана  росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.

Сейчас среднее содержание метана CH₄ в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO₂), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО₂. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов — СO₂, паров воды, метана и некоторых других примесей  средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.

Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.

АО ГНЦ «Центр Келдыша»

Технология плазменного пиролиза метана

для получения водорода и ацетилена с использованием плазмотрона переменного тока мегаваттной мощности

Технология плазменного пиролиза метана

Представленные новые технологии использования плазмотронов, разрабатываемые Центром Келдыша, для плазменного пиролиза метана с получением водорода и углерода в твердой фазе либо ацетилена открывают возможности уменьшения «углеродного следа» при различных применениях природного газа как энергоносителя, развития плазмохимии в интересах народного хозяйства. Побочным продуктом плазменного пиролиза метана является сажа, пользующаяся спросом на внутреннем и мировом рынке, коммерческая реализация которой позволяет повысить экономическую эффективность производства водорода.

Преимущества

Технология характеризуется низкой энергоёмкостью (15 квт·час/кг водорода) по сравнению с электролизом воды (около 50квт·час/кг водорода) и отсутствием вредных выбросов (СО, СО2), что не требует дополнительных затрат на их утилизацию, в отличие от метода парового риформинга и некоторых других.

Имеющийся задел

Плазмотроны являются источником высокотемпературного газа (воздух, азот, инертные газы) и предназначены для использования в технологических плазмохимических установках, в том числе для нанесения покрытий, получения порошков и нано-структурированных материалов, переработки промышленных, бытовых и медицинских отходов, научных теплофизических исследований.

В Центре Келдыша накоплен большой опыт создания и использования мощных плазмотронов для испытаний материалов и изделий ракетно-космической техники, отличающихся простой конструкции и технологичностью.

Основные преимущества:

• Питание от промышленной трехфазной сети, отсутствие дополнительных трансформаторов, выпрямителей и преобразователей частоты;
• Симметричная нагрузка трехфазной сети;
• Высокая надежность;
• Простота и удобство эксплуатации;
• Модульная конструкция;
• Однородные распределения температуры и давления газа в выходном сечении сопла.

Для отработки всех стадий процесса и сепарации продуктов пиролиза метана создана малогабаритная установка мощностью 35кВт.

Предлагаемая технология и оборудование могут быть использованы для получения водорода и ацетилена и его последующей транспортировки потребителям.

Размещение у потребителей позволит использовать существующую газотранспортную систему природного газа и существенно сократить издержки на создание систем хранения и транспортировки водорода и ацетилена.

Масштабное производство и потребление водорода в качестве энергоносителя, накопителя энергии и сырьевого компонента промышленных технологий, снижения выброса углекислого газа на сегодняшний день являются необходимыми направлениями улучшения экологии окружающей среды.

Вернет ли новая технология ацетилен в моду?

Вплоть до 1970-х годов ацетилен был основным химическим сырьем, используемым для производства широкого спектра химикатов, как показано на рисунке ниже. Полезность ацетилена была частично обусловлена ​​множеством дополнительных реакций, которым подвергается его тройная связь, а частично тем, что его слабокислотные атомы водорода можно заменить реакцией с сильными основаниями с образованием ацетиленовых солей. Однако достижения в технологии олефинов, опасения по поводу безопасности ацетилена и, что наиболее важно, потеря конкурентоспособности по стоимости снизили и фактически ограничили важность ацетилена как химического сырья.

 

 

Ацетилен в основном используется в качестве промежуточного продукта для химического синтеза, сварки и производства металлов. Основные химические производные ацетилена включают мономер винилхлорида (VCM), 1,4-бутандиол (BDO) и мономер винилацетата (VAM). Ацетилен также можно использовать для производства других химических веществ, таких как акриловая кислота и акрилонитрил. Однако производство акриловой кислоты с использованием ацетилена на основе процесса Реппе и производство акрилонитрила из ацетилена и цианистого водорода больше не практикуются в коммерческих целях. До 1960-х годов хлоропреновый каучук (ХР) в основном производился из ацетилена. Высокие капиталовложения и потребность в энергии сделали этот путь устаревшим, и теперь полимеризация бутадиена является предпочтительным процессом для производства CR. Производство ацетальдегида путем гидратации ацетилена также потеряло популярность.

Ряд высокотемпературных процессов производства ацетилена был коммерциализирован посредством реакций крекинга в диапазоне от 1000 до 1600 °C или реакций синтеза при температуре выше 1600 °C. Наиболее важными технологическими маршрутами являются частичное окисление с использованием метана или СУГ в качестве побочного продукта при паровом крекинге в этилен, крекинг легких углеводородов в электрической дуге и гидролиз карбида кальция. Частичное окисление, скорее всего, останется предпочтительной технологией для новых мощностей по производству ацетилена. Однако самые большие возможности для роста связаны с «новыми» технологиями пиролиза метана.

Плазменная конверсия метана (наиболее совершенная форма пиролиза метана) в ацетилен и водород была предметом многих исследований, по крайней мере, с конца 1960-х годов. Для повышения селективности по ацетилену и снижения энергопотребления компании разрабатывают процессы термического разложения метана на ацетилен и водород с использованием микроволнового (МВ) плазменного реактора. Они разрабатываются в присутствии (или в отсутствие) катализаторов. В некаталитических процессах конверсия метана более 9Сообщается о 0 процентах. Использование катализаторов в микроволновых плазменных процессах увеличивает конверсию метана, но также вызывает образование ненасыщенных соединений (например, сажи). Считается, что преимущества этого маршрута, такие как кредиты на побочный водород и отсутствие образования сажи, могут стимулировать разработчиков технологий к продолжению работы над коммерциализацией производства ацетилена посредством пиролиза метана с использованием микроволновых плазменных реакторов.

Подробнее…

В недавно опубликованном техническом отчете NexantECA «Технологии производства ацетилена» рассматриваются химия, свойства, традиционные и разрабатываемые технологии (например, пиролиз метана с помощью микроволновой плазмы) и тенденции развития ацетилена. В отчете представлены экономические показатели ацетилена для четырех коммерческих процессов в нескольких разных регионах мира (USGC, Западная Европа и Китай) при согласованном сценарии цен на первый квартал 2022 года. Также включены экономические оценки производства ацетилена и водорода в качестве побочного продукта посредством пиролиза метана с использованием микроволновой плазмы. В отчете представлен обзор спроса на ацетилен на мировом и основных региональных рынках.

Автор

Marisabel Dolan , старший консультант

---

о США- Nexanteca, Energy and Chemicals Counsory Company является ведущей консультантом по энергетике, и химической и химической и химической промышленности и химической и химической и химической и химической и химической и химической. Наша клиентура варьируется от крупных нефтяных и химических компаний, правительств, инвесторов и финансовых учреждений до регулирующих органов, агентств по развитию и юридических фирм. Используя сочетание деловых и технических знаний, а также глубокое и широкое понимание рынков, технологий и экономики, NexantECA предлагает решения, на которые наши клиенты полагаются более 50 лет.

Для всех запросов свяжитесь с нами

Альтернативные топливные газы – компания ILMO Products Company

← Домашние / промышленные промышленности / сварка и газы и их применение / альтернативные топливные газы

Propylen многоцелевой промышленный топливный газ, обеспечивающий исключительную производительность, безопасность и экономичность. Это однокомпонентный сжиженный топливный газ, вырабатываемый как попутный продукт на нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводах. Хотя его основным применением является производство других химикатов и пластмасс, готовые поставки всегда доступны.

Пропилен может поставляться в баллонах или наливом.

Характеристики пламени пропилена превосходят многие другие сжиженные виды топлива. Его можно использовать для газопламенной резки, нагрева, пламенной закалки, пайки, пайки, металлизации и других операций с использованием кислородно-топливного и воздушно-топливного пламени.

Безопасность

Пропилен очень стабилен. Не реагирует с медью; нечувствителен к ударам; он не будет разлагаться в отсутствие кислорода. Помимо того, что он нетоксичен, он имеет узкие пределы взрываемости в воздухе. Кратковременное воздействие паров пропилена не опасно; хотя высокие концентрации могут вызывать легкий анестезирующий эффект. Избегайте контакта с жидкостью, так как это может вызвать ожоги типа обморожения.

Баллоны легче по сравнению с ацетиленовыми баллонами, и требуется манипуляция с меньшим количеством баллонов.

Пропан (C3H8)

Пропан – это однокомпонентный сжиженный топливный газ, используемый для газокислородной резки, нагрева, пайки и пайки. Основным источником этого газа являются смеси сырой нефти и газа, полученные из действующих нефтяных и газовых скважин. Он также производится в некоторых процессах нефтепереработки и при переработке природного газа. Он продается и транспортируется в стальных баллонах различных размеров и доступен навалом.

Безопасность

Пропан нетоксичен и имеет узкий предел взрываемости в воздухе. Кратковременное воздействие паров пропана не опасно; хотя высокие концентрации могут вызывать легкий анестезирующий эффект. Избегайте контакта с жидкостью, так как это может вызвать ожоги типа обморожения.

Природный газ (метан) (гл. 5)

Природный газ в основном используется в сварочной промышленности в качестве топливного газа для кислородной резки и нагрева. Природный газ добывают из скважин и обычно распределяют по трубопроводам. В основном это метан, но его химический состав сильно различается в зависимости от места его получения.

Температура пламени природного газа ниже, чем ацетилена. Оно более рассеянное и менее интенсивное. Из-за температуры пламени и связанной с этим более низкой эффективности нагрева требуется значительно большее количество природного газа и кислорода для обеспечения скоростей нагрева, эквивалентных скорости нагрева кислорода и ацетилена.

Безопасность

Метан обычно считается нетоксичным. Вдыхание высоких концентраций метана может вызвать временное ощущение давления на лоб и глаза.

Ацетилен (C

₂ H ₂ )

Ацетилен — бесцветный газ без вкуса с чесночным запахом. Он легко воспламеняется и может быть удушающим.

Это один из горючих газов, используемых при кислородно-топливной сварке, которая представляет собой любую сварочную процедуру, при которой топливный газ сочетается с кислородом для образования пламени.

Теплота и температура, выделяемые ацетиленовым пламенем, зависят от количества кислорода, используемого для его сжигания. Воздух-ацетилен дает температуру пламени около 4000° F (2200° C). Этой температуры достаточно для пайки алюминиевых рабочих стекол, ремонта радиаторов и сантехники. Недостаточно горячей для сварки стали.

При сжигании ацетилена в чистом кислороде температура пламени может достигать 5730°F (3166°C). Однако температура пламени и количество выделяемого тепла (измеряемое в БТЕ или килограмм-калориях) зависят от соотношения используемого кислорода и ацетилена. Ацетилен может производить науглероживающее, восстановительное, нейтральное и окислительное пламя.

Технические характеристики ацетилена можно найти в брошюре G-1.1 Ассоциации производителей сжатых газов (CGA). Марка Д (98,0%) считается «товарным» ацетиленом. Обычная оценка около 98,8% ацетилена. Это стандартная марка ацетиленовой сварки. Также доступен очищенный ацетилен (99,6%).

Внимание! Никогда не используйте ацетилен при давлении регулятора выше 15 фунтов на кв. дюйм. Этот горючий газ чувствителен к ударам и может взорваться при более высоком давлении регулятора. Ацетилен не поставляется в жидком виде по тем же соображениям безопасности. Газ растворяют в ацетоне и подают в толстостенных баллонах, заполненных пористым массовым наполнителем.

Очищенный ацетилен (сорт 26) готовят для использования в атомно-абсорбционных спектрофотометрах.

Безопасность

Ацетилен, смешанный с воздухом или кислородом в замкнутом пространстве, взрывается при воспламенении. Ацетилен разлагается со взрывом, если подается по трубопроводу под давлением выше 15 фунтов на кв. дюйм и подвергается воздействию механического удара или источника воспламенения. Ацетилен образует взрывоопасные соединения с медью, серебром и ртутью. Используйте стальные трубы и фитинги, а также манометры со стальными или нержавеющими трубками Бурдона. Медные сплавы, если они используются, должны содержать менее 65 процентов меди. Ацетилен имеет очень широкий диапазон воспламеняемости на воздухе от 2,5 до 81 процента по объему. Также искры очень низкой энергии, такие как статическое электричество, могут вызвать воспламенение и взрыв.

Храните баллон с ацетиленом на открытом воздухе или в хорошо проветриваемых помещениях вдали от горячих поверхностей или легковоспламеняющихся материалов и источников воспламенения, таких как пламя или любое оборудование, которое может генерировать искру. Баллоны должны храниться в вертикальном положении. Баллоны с ацетиленом нельзя ронять или обращаться с ними таким образом, чтобы повредить фильтр. Используйте только баллоны и оборудование, специально предназначенные для ацетилена. Никогда не пытайтесь наливать ацетилен в какой-либо другой контейнер, оборудование или трубопровод под давлением выше 15 фунтов на квадратный дюйм. Это можно сделать только на заправочных станциях с надлежащими коллекторами, пламегасителями и баллонами с ацетоновым растворителем. Убедитесь, что все оборудование изготовлено из стали или латуни с содержанием меди менее 65 процентов. Также не должно быть серебра или ртути там, где ацетилен может вступить с ними в реакцию.

Исправьте все ситуации утечки. Протекающие баллоны, которые невозможно остановить, должны быть размещены на открытом воздухе и возвращены для ремонта.

Все электрооборудование должно быть взрывозащищенным. Инструменты, используемые с ацетиленом, должны быть искробезопасными (требуется латунь или алюминиевая бронза).