300 500 700 900 1100 1 1500 1700 1900 Nhiệt độ, K
2.1.3. Lựa chọn nguyờn liệu để nhiệt phõn.
Nguyờn liệu để sản xuất axetylen cú thể sử dụng cỏc hydrocacbon bất kỳ từ khớ đến lỏng hay là hỗn hợp của chỳng. Tuy nhiờn thành phần hoỏ học của nguyờn liệu là một yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất cỏc sản phẩm cú ớch của quỏ trỡnh (axetylen, etylen). Sau đõy là vớ dụ về quỏ trỡnh nhiệt phõn n-parafin mà nhiệt phản ứng phụ thuộc trực tiếp vào trọng lƣợng phõn tử của hyđrocacbon nguyờn liệu.
2CH4 C2H2 + 3H2 C2H6 C2H2 + 2H2 H298 = 89,97 kcal/mol. H298 = 71,4 kcal/mol. 2C3H8 3C2H2 + 5H2H298 = 70,9 kcal/mol. C4H8 2C2H2 + 3H2 H298 = 69,3 kcal/mol.
Nhỡn vào cỏc phƣơng trỡnh trờn ta thấy phản ứng tạo axetylen từ metan đến butan đều cú khả năng xẩy ra, trong đú nhiệt phõn metan tốn nhiều năng lƣợng hơn cả. Nhiệt phõn iso-parafin và naphta cho hiệu suất cao. Nguyờn liệu kộm hiệu quả nhất là hydrocacbon thơm, khi phõn huỷ lƣợng axetylen nhận đƣợc khụng đỏng kể mà lại tạo ra nhiều cốc và nhựa.
Thành phần của nguyờn liệu xỏc định nhiệt độ và ỏp 'suất của quỏ trỡnh. Trọng lƣợng phõn tử của hydrocacbon nguyờn liệu càng lớn thỡ độ bền nhiệt càng thấp và do đú nhiệt độ phản ứng thớch hợp cũng giảm xuống.
Metan nhiệt phõn ở nhiệt độ cao nhất thƣờng là hơn 14000C và thời gian lƣu của nú trong vựng phản ứng nhỏ nhất (nhỏ hơn 0,01 giõy). Sự chuyển hoỏ metan ở ỏp suất dƣ từ 0,1 - 0,2 at xảy ra tới độ sõu phõn huỷ là 30% và nồng độ axetylen trong khớ đạt đƣợc 10% theo thể tớch.
Etan là nguyờn liệu tiện lợi để sản xuất axetylen. Nếu nhiệt phõn ở nhiệt độ vừa phải thỡ nú đƣợc coi là nguyờn liệu tốt nhất để nhận đƣợc
axetylen. Nhiệt phõn ở nhiệt độ cao thỡ hiệu suất thu đƣợc axetylen từ nguyờn liệu tan cũng rất lớn. Ở điều kiện quỏ trỡnh T = 1400oC, P = 50 mmHg, thời gian tiếp xỳc 0,05 giõy. Hiệu suất axetylen đạt cực đại là 17% (% thể tớch).
30
Đồ ỏn tốt nghiệp Thiết kế phõn xưởng sản xuất Axetylen từ khớ thiờn nhiờn
Propan và Butan cũng nhƣ cỏc parafin nặng hơn đều đƣợc sử dụng để sản xuất axetylen đồng thời nhận etylen và cỏc olefin khỏc. Ngoài ra ngƣời ta cũn cú thể dựng cả xăng hay phõn đoạn kerosen-ligroin để làm nguyờn liệu. Khi tăng mật độ của nguyờn liệu, hiệu suất tổng cộng của cỏc hydrclcacbon khụng no (axetylen và etylen) cú tăng nhƣng hiệu suất muội, nhựa và cốc cũng tăng lờn đỏng kể.
Trong quỏ trỡnh nhiệt phõn thỡ chế độ nhiệt là yếu tố cơ bản để xỏc định hiệu suất cỏc sản phẩm. Để điều khiển chế độ nhiệt và ngăn ngừa sự lắng cacbon trong lũ phản ứng mà điều này rất phổ biến, ngƣời ta thƣờng pha thờm hơi nƣớc vào. Hơi nƣớc cũng cú tỏc dụng làm giảm sự tạo nhựa và muội. Để đỏnh giỏ hiệu suất axetylen trong quỏ trỡnh nhiệt phõn ngƣời ta dựng hai đại lƣợng Mức độ chuyển hoỏ tổng cộng Q (cũn gọi là hệ số cracking tổng cộng) và mức độ chuyển hoỏ đến axetylen X (cũn gọi là hệ số cracking hữu ớch) đƣợc định nghĩa nhƣ sau
Q = Tổng số mol axetylen và olefin/ Tổng số mol nguyờn liệu X = Số mol axetylen/ Tổng số mol nguyờn liệu
Ngoài ra để đặc trƣng cho quỏ trỡnh ngƣời ta cần dựng đại lƣơng độ sõu phõn huỷ nguyờn liệu ban đầu đến cỏc chất đơn giản (C H2). Thụng thƣờng ngƣời ta phỏn đoỏn độ sõu phõn huỷ theo mật độ của khớ sản phẩm vỡ nú là đại lƣợng tỉ lệ nghịch với độ sõu phõn huỷ.