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《等离子体裂解天然气制乙炔的技术和经济分析(乙炔回收提浓)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第3期罗义文等:等离子体裂解天然气制乙炔的技术和经济分析37等离子体裂解天然气制乙炔的技术和经济分析罗义文,漆继红,印永祥,戴晓雁,徐咔秋(四川大学化工学院,成都 610065)摘要:介绍了等离子体裂解天然气制乙炔的生产原理和工艺特点,并与电石乙炔法,天然气部分氧化法和电弧裂解制乙炔法进行了比较。技术经济分析表明,等离子体裂解天然气法制乙炔具有投资小,生产成本低,无环境污染,安全可靠等优点,是一条有前途的技术路线。关键词:等离子体;天然气;乙炔生产;技术经济中图分类号:TQ221124文献标识码:A文章编号:100129219(2002)032372051 等离子体裂解天然气制乙炔的基0
2、 前言本原理等离子体化学是近年来化学领域中新兴的一门前沿分支学科,国际上对这一门学科的研究方甲烷具有很稳定的分子结构,碳氢键的活性兴未艾。制备乙炔是等离子体技术在规模化化学很差,断裂一个C-H键需要415eV的能量,反应工艺中的典型运用。天然气等离子体法制乙炔的大量吸热,每生成1mol乙炔分子吸收22517kJ。研究国内外都始兴于20世纪60年代,而国外在而且由于乙炔的反应自由能△G=96290-20世纪70年代已工业化。6417T,因而只有T≥148813K,△G≤0时甲烷[2,3]在20世纪60年代初,乙炔广泛应用于生产才能裂解为乙炔,甲烷裂解生成乙炔的反应1,4-丁二醇、氯乙烯、乙
3、炔黑、氯丁橡胶、丁二醇、必须在1500～1600K的高温下进行。丁炔二醇、四氢呋喃和环辛四烯等化学品。此后,等离子体是由电子、离子、原子、分子、光子和由于乙烯工业的迅速发展以及经济因素,自1976自由基组成的集合体,从化学角度来看,这些都是年,乙炔化工在世界范围内开始衰落。然而,由于极活泼的化学反应物种。用于化学反应的等离子70年代后期两次世界性的石油危机对石油化工体通常为低温等离子体中的热等离子体,该种等的严重打击,以及国际市场上石油及石油制品价离子体的各种粒子都具有很高的温度,具有能量[4]格的持续上升,国际各权威机构预测:2010～2020集中和高速运动的特点。年间,天然气在世界能
4、源结构中的比例将达到以H2、Ar、N2作为工作气体,使之通过一对35%～40%,而石油的比例将由40%下降到30%电极时被部分电离并形成稳定的电弧等离子体射3左右。美国工商界认为,由于石油化工产品如低流。射流的温度可达(5～50)×10K,电子密度14-3级烯烃价格上涨,将重新恢复乙炔作原料[1]。ne>10cm,足以提供裂解甲烷所需的高温和综上所述:若采用新工艺有效降低乙炔生产活性物种。以H2为工作气体的电离和离解过程[5]成本,可以相信基本有机化工原料可能再次启用如下:乙炔。特别是在我国,目前仍有不少有机化工产H2+e→H2+hv+e3品如聚氯乙烯,氯丁橡胶和醋酸乙烯等仍采用乙H2+
5、e→2H+e+炔为原料生产。因此,开发等离子体裂解天然气H2+e→H+H+2e+制乙炔具有重要的现实意义。H2+e→H2+e-+H2+e→H+H+e当温度低于10000K时,氢气离解生成原子氢是收稿日期:2001210220;基金来源:国家自然科学基金项目(19935010);作者简介:罗义文(1971-),男,硕士研究生。主要的过程。实践中正是利用这股高温等离子体©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net38天然气化工2002年第27卷射流裂解
6、天然气。等离子体裂解天然气产生的裂科,经过多年的研究,在基础理论和实际应用方面化气,经水冷却,再用化学和物理方法将其分离提都取得了较大的进展。浓,获得大量的氢气和主产品乙炔。由于要使甲在基础理论方面,研究了等离子体反应器中烷分子同时完全断裂所有的C-H键需要十几电的温度场和速度场分布;进行了1000K～50000K[6-8]子伏特的能量,而逐个断裂C-H键仅需要范围内碳氢体系的热力学平衡计算;验证了415eV的能量,所以天然气的裂解反应如下:等离子体裂解天然气的宏观动力学模型,Happel高温和Kraner对甲烷动力学的精心研究表明,在副产CH4xH+CH4-x(1)CH·3(2)物是氢
7、气而非焦油和碳的情况下,乙炔的产率能4+e→CH4+2e[11]CH·3够达到很高,L1Homen的研究表明,低压下甲4+e→xH+CH4-x+2e(3)[9]烷裂解为乙炔的反应是一级反应;Miler提出了其中反应(1)是甲烷高温裂解过程,反应(2)、[12]甲烷裂解为乙炔所需能量的理论计算公式;对(3)是高能粒子撞击在甲烷分子上使其发生裂解等离子喷嘴及其反应器结构的研究,使之形成裂的反应过程。但反应(1)所示的高温裂解是热平解深度
