Mở đầu Ngành công nghiệp hóa chất đóng vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong nên kinh tế của bất kì một quốc gia nào. Nó góp phần cung cấp nguồn nguyên liệu ban đầu có giá trị sử dụng cao, sản xuất ra nhiều sản phẩm có giá trị sử dụng cao, sản xuất ra nhiều sản phẩm mới không có trong tự nhiên, cũng như tận dụng phế liệu của các ngành khác để tạo ra các sản phẩm mới phong phú, đa dạng, đóng góp lớn vào thu nhập quốc dân đưa kinh tế phát triển. Trước đây khi dầu mỏ chưa được tìm thấy và phát triển thì acetylene được coi là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp hóa chất. Acetylene được tìm ra vào năm 1936 sau đó được sản xuất với quy mô công nghiệp nhờ phản ứng giữa cacbua canxi với nước. Đây là phản ứng cơ bản để tạo ra acetylene và là phương pháp truyền thống để sản xuất acetylene. Hiện nay để sản xuất acetylene trên thế giới người ta đã nghiên cứu, phát triển và sử dụng các phương pháp như hồ quang điện kèm theo quá trình oxi hóa không hoàn toàn khí tự nhiên hoặc phân hủy nhiệt metan và các hyđrocacbon khác có lợi hơn về mặt kinh tế. Sự mở rộng của ngành công nghiệp khai thác dầu mỏ đã kéo theo sự chuyển đổi mạnh mẽ từ công nghiệp hóa than sang công nghiệp hóa dầu. Làm cho nhu cầu về acetylene giảm đi nhanh chóng vì sự sẵn có và giá thành thấp của etylene sản xuất từ dầu mỏ và các olefin khác. Tuy nhiên acetylene vẫn tiếp tục được sử dụng làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu nhờ khả năng chuyển hóa cao của nó. Một yếu tố nữa cũng góp phần vào việc duy trì việc sử dụng của acetylene đó là phần lớn acetylene được sản xuất từ các nhà máy có vốn đầu tư thấp nên giá thành sản phẩm cũng giảm đi đáng kể. Ở Việt Nam ngành tổng hợp hóa dầu bắt đầu trong giai đoạn hình thành và phát triển, nhu cầu về acetylene cho công nghiệp sẽ tăng lên. Một lợi thế giúp phát triển sản xuất acetylene là nguồn nguyên liệu ban đầu than đá của nước ta có trữ lượng lớn, giá điện cho sản xuất cũng tương đối rẻ. Nên sản xuất theo phương pháp truyền thống có những lợi thế nhất định. Các quá trình tổng hợp hóa học đòi hỏi nguyên liệu có độ tinh khiết cao để tránh sản phẩm phụ không mong muốn. Do đó sản xuất acetylene từ cacbua canxi sẽ đơn giản hơn và ít tốn kém cho quá trình làm sạch sản phẩm. 1 Phần 1: TỔNG QUAN VỀ ACETYLENE I. Giới thiệu chung Acetylene(tên gọi khác là ethyne), C 2 H 2 , là hiđrocacbon thuộc nhóm của Ankyl, là một chất khí tổng hợp được tìm ra vào năm 1836 do nhà khoa học người Anh là Edmund Davy. Sau đó tiếp tục được nhà khoa học người Pháp Marcellin Berthelot mô tả chi tiết và đặt tên là Acetylene năm 1860. Quá trình tổng hợp acetylene từ phản ứng giữa canxi cacbua với nước ở quy mô phòng thí nghiệm được thực hiện vào 1892 bởi Thomas L. Wilson người Canađa và bởi Henry Moissan người Pháp. Quá trình sản xuất acetylene thương mại được bắt đầu trong 1895 do AG Neuhausen Aluminiumindustrie (Switzerland) và vào 1898 ở Norway và Đức (Rheinfelden). Quá trình sản xuất từ cacbua canxi là con đường duy nhất để sản xuất Axetylen cho đến năm 1940, khi mà những quá trình crackinh nhiệt sử dụng Metan và những hyđrocacbon khác được giới thiệu. Trước hết, những quá trình này sử dụng một hồ quang điện sau đó vào những năm 1950, quá trình sự oxi hóa và những quá trình làm tái sinh bộ phận được phát triển. Do cuộc khủng hoảng dầu giá dầu vào đầu năm 1973, sự phát triển của các quá trình cracking từ dầu thô bị hạn chế tạo điều kiện cho sản xuất acetylene từ canxi cacbua phát triển mạnh. Và những quá trình mới, như Kureha, Union, quá trình oxi hóa không hoàn toàn của DOW, những quá trình này đã làm tăng kì vọng của axetylene. Sản lượng của Axetylen sản xuất được cao nhất là tại nước Mỹ vào những năm 1960 đạt 480000 và ở Đức đạt 350000 tấn vào đầu những năm 1970. Từ đó, sản lượng acetylene ở hai nước này giảm đều nguyên nhân là do quá trình sản xuất từ cacbua canxi bị hạn chế. Ở Đức sản xuất Axetylen cho tổng hợp hóa học gần như chỉ riêng từ khí đốt tự nhiên và từ dầu mỏ sau năm 1975. Ngày nay, có ba quá trình chủ yếu để sản xuất thương mại acetylene: Quá trình sản thủy phân cacbua canxi, quá trình sử dụng hồ quang điện và quá trình oxi hóa không hoàn toàn khí tự nhiên. Tuy nhiên vị trí của acetylene trong công nghiệp hóa học vẫn đóng một vai trò quan trọng vì sự đa dạng của những sản phẩm có giá trị của nó. Acetylene có thể được thay đổi công nghệ để có năng suất cao hơn. II. Ứng dụng kĩ thuật và tính cạnh tranh của aceytylene II.1. Sử dụng trong quá trình gia công kim loại Acetylene có nhiều ứng dụng trong quá trình gia công cắt gọt những kim loại và hợp kim vì khi cháy acetylene có nhiệt độ ngọn lửa cao và tốc độ lan truyền cao, mật độ tập trung nên nhanh chóng đạt được nhiệt độ làm việc. Mặt cắt nhiệt độ làm việc của ngọn lửa gồm có một ngọn lửa sơ cấp tập trung và một ngọn lửa thứ cấp phân tán phía ngoài. Nhiệt độ cao nhất của ngọn lửa tại đỉnh của ngọn lửa sơ cấp do đó ngọn lửa sơ cấp đóng vai trò quan trọng hơn trong gia công xử lý kim loại. Tùy thuộc vào mục đích gia công kim loai mà người ta có thể thay đổi ngọn lửa gió bằng cách điều chỉnh tỉ lệ oxi/acetylene. Thông thường khi hàn cắt thép, oxit nhôm, đồng thì người ta hay sử dụng ngọn lửa tập trung. Còn ngọn lửa phân tán cao thì thường dùng trong trường hợp hàn cắt đồng thau, tẩy gỉ của kim loại và tôi bề mặt. Ngọn lửa gió tạo ra khi đốt cháy acetylene với oxi được sử dụng để hàn, cắt, xử lý bề mặt, đốt nóng, tôi cứng, duỗi thẳng, làm sạch, tẩy gỉ, hay cạo sạch lò… 2 Ngọn lửa của acetylene khi cháy với không khí có thể sử dụng cho việc hàn vẩy thiếc, hàn nóng các chất dẻo nhiệt, sản xuất thủy tinh, loại bỏ sơn… II.2. Sử dụng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa học Vì khả năng chuyển hóa cao của acetylene(thể hiện qua các phản ứng tổng hợp quan trọng) nên acetylene được sử dụng làm nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hóa học để tạo ra nhiều sản phẩm phong phú và đa dạng. Hình II.2. Tổng hợp các ứng dụng của acetylene: Hình fsjsf: Các ứng dụng của acetylen trong tổng hợp hóa học Giữa 1960 và 1970, khi acetylene được sản xuât một cách rộng khắp trên thế giới thì hầu hết sản phẩm trên được sản xuất từ acetylene. Trong khoảng thời gian 15 năm cạnh tranh để là nguyên liệu cơ bản giữa acetylene và etylene thì etylene dần thay thế acetylene trong việc sản xuất acetandehit và acrylonitril. Hiện nay, acetylene được sử dụng chủ yếu cho sản xuất vinyl clorua, vinyl acetat, và những vinyl este khác; sản xuất nhựa acrylic, và hóa chất acetylenic như 1, 4- butynediol, rượu acetylenic. Quá trình sản xuất thương mại các hóa chất acetylenic từ acetylene là con đường duy nhất và chiếm ưu thế hiện nay. Vinyl clorua, vinyl acetat và nhựa acrylic, trước đây được sản xuất chủ yếu từ acetylene, ngày nay được sản xuất chủ yếu từ etylene và propylene. II.3. Tính cạnh tranh làm nguyên liệu hóa học của acetylene Ngày nay, acetylene chủ yếu đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất hóa chất acetylenic. Thực tế sản xuất acetylene không có xu hướng giảm bớt hơn nữa bởi khả năng 3 cạnh tranh giữa acetylene và etylene không còn mạnh mẽ như trước. Lý do chính là vì olefin sản xuất ở châu Âu phụ thuộc vào các nhà máy lọc hóa dầu, nên giá thành đắt hơn khí tự nhiên, nguyên liệu cho sản xuất acetylene. Mặt khác aceytylene được sản xuất từ những nhà máy cũ có chi phí đầu tư ban đầu khá thấp. Ngoài ra các quá trình cải tiến, tăng hiệu suất của quá trình và tối ưu hóa công nghệ trong sản xuất làm cho acetylene có tính cạnh tranh hơn. Acetylene có thể cạnh tranh với etylene về sản xuất vinyl clorua và vinyl acetat, sản xuất nhựa acrylic và cạnh tranh với propen trong sản xuất các este. III. Vấn đề an toàn, vận chuyển và bảo quản III.1. An toàn Axetylen là một chất không ổn định nhiệt ở điều kiện thường, dễ gây cháy nổ trong quá trình sản xuất, vận chuyển và tồn chứa nên vấn đề an toàn cần phải được coi trọng. Sự Phân hủy tạo ra cacbon và hyđro có thể đạt được những nhiệt độ khoảng 3100° C, nhưng do tạo ra sản phẩm khác nên nhiệt độ có thể đạt là 2800 – 2900 0 C. Sự Phân hủy có thể được khơi mao bởi bức xạ nhiêt, bởi sự tiếp xúc với một tác nhân mang nhiệt, do quá trình nén, đốt nóng, hay do va chạm Sự phân hủy có thể thể hiện dưới các hình thức khác nhau: - Làm việc ở phạm vi thứ nhất(Cháy bùng): Ngọn lửa sinh ra bởi phân hủy hay đốt cháy và và lan truyền với vận tốc ở dưới vận tốc âm thanh vào trong không khí. - Làm việc là phạm vi III (Nổ): Ngọn lửa sinh ra tại vận tốc siêu âm vào trong không khí. - Làm việc là phạm vi II ( Trung gian giữa I và III): Thường vận tốc truyền lan sự cháy bùng là không phải hằng số (nó tăng khi mật độ, nhiệt độ và các chuyển động càng tăng). IV. Tính chất của acetylene IV.1. Tính chất vật lý V. Các phương pháp acetylene Mặc dù đi từ nhiều nguồn khác nhau, nhưng các phương pháp sản xuất chủ yếu vẫn là từ cacbua canxi, phương pháp hồ quang điện và oxi hóa không hoàn toàn khí tự nhiên. Các quá trình cổ điển liên quan đến cracking nhiệt đã trở nên không còn phù hợp nữa. Những tiến bộ trong công nghệ gần đây đã giúp tạo ra các quá trình hồ quang plasma, cracking dầu thô và thiết bị phản ứng tiên tiến. Tuy nhiên các tiến bộ này đa phần mới chỉ dừng lại ở quy mô thử nghiệm do nhu cầu về acetylene không quá cao. Dưới đây là các phương pháp đã được ứng dụng để sản xuất acetylene: V.1. Quá trình cracking nhiệt 1. Công nghệ Wulff Kể từ khi nhà máy đầu tiên được xây dựng vào năm 1952 tại Maywood, california với năng suất 500 tấn/năm do Wuff-Acetylene Company thiết kế, công nghệ này đã được phát triển rất mạnh ở Mỹ và châu Âu. Tuy nhiên hiện nay, vì những lý do kỹ thuật liên quan đến vấn đề tạo lượng muội than quá lớn, và vì những lý do kinh tế ngày càng tăng của naphta, phần lớn các nhà máy hoạt động theo công nghệ này phải đóng cửa. 4 Chu trình làm việc của lò Wulff gồm có bốn giai đoạn như sau:  Giai đoạn đun nóng: Không khí được đưa vào lò từ một cửa nhất định, được đun nóng nhờ tiếp xúc với lớp gạch chịu lửa có nhiệt độ 980 – 1100 0 C, và di chuyển đến buồng phun nhiên liệu. Quá trình cháy làm tăng nhiệt độ của buồng tới 1200 – 1370 0 C. Khí ra khỏi lò ở cửa trái có nhiệt độ 315 0 C sau khi đã đốt nóng khối vật liệu chịu lửa khu vực này.  Giai đoạn cracking: Nguyên liệu đã được hóa hơi và đưa vào lò từ cửa trái và di chuyển về phía phải, đến khu vực trung tâm, tại đây hơi nước được nâng nhiệt độ lên 1200 – 1370 0 C. Khí cracking thoat ra ở cửa phải có nhiệt độ 315 0 C. Thời gian lưu khoảng 0,1 giây.  Giai đoạn đun nóng: Giai đoạn này hoàn toàn tương tự như giai đoạn 1 nhưng các dòng lưu chất di chuyển theo hướng ngược lại.  Giai đoạn cracking: Giai đoạn này tương tự như giai đoạn 2, nhưng các dòng lưu chất di chuyển theo hướng ngược lại. Toàn bộ chu trình kéo dài trong khoảng 1 phút. Lượng cacbon ngưng tụ sẽ được loại bỏ trong giai đoạn đun nóng nhờ quá trình cháy. Cracking có thể tiến hành ở điều kiện chân không ( 50 kPa) hoặc có mặt hơi nước. Nguyên lý: Các khí được làm lạnh ngay tại cửa lò bằng nước hoặc hỗn hợp nước/hyđrocacbon, loại bỏ nhựa và nén trước khi chuyển tới khu vực tinh chế. Phân xưởng này được thiết kể để loại bỏ các đồng đẳng acetylene. Sau đó, acetylene sẽ được hấp thụ chọn lọc và tách khỏi các khí nhẹ dùng làm nhiên liệu đốt hoặc nguồn hyđro. Tháp ổn định sẽ tiếp tục loại bỏ những lượng vết CO 2 , etylene, metan, hydro cuối cùng. Sau khi acetylene được tách ra nhờ quá trình đun nóng, dung môi hấp thụ được tái sinh nhờ quá trình phân tách các metylacetylene và nhiều sản phẩm nặng khác. Tùy theo yêu cầu, etylene có thể thu hồi từ khí ra khỏi thiết bị hấp thụ acetylene nhờ kỹ thuật hóa lỏng nhiệt độ thấp hoặc bằng phương pháp hấp thụ. Các nguyên liệu sử dụng cho quá trình này có thể từ etan tới diezen. Nguyên liệu được ưa chuộng nhất ngày nay cho các quá trình có tính kinh tế cao, đó là etan. 2. Công nghệ Kureha Công nghệ cracking hơi dầu thô Kureha được xây dựng trên cơ sở kết hợp với Union Carbide để sản xuất etylene. Bằng cách tiến hành quá trình phản ứng ở điều kiện nhiệt độ rất cao và thời gian tiếp xúc rât ngắn (0,003 – 0,01giây), có thể thu được acetylene và etylene với hàm lượng xấp xỉ bằng nhau từ một số nguyên liệu dầu thô khác nhau. Trong trường hợp này ở cửa ra của thiết bị phản ứng trước khi làm lạnh nhanh là 1150 0 C. Hình Kakghalj đưa ra hình ảnh minh họa sơ đồ công nghệ dòng của công nghệ Kureha. Dầu thô sau khi được gia nhiệt tới 300 0 C nhờ trao đổi nhiệt với khói lò, được đưa vào thiết bị phản ứng. Hơi quá nhiệt 2000 0 C sẽ được đưa vào ở đỉnh của thiết bị này. Hơi này được tạo ra từ hai lò kiểu tái sinh, có lót trong bằng vật liệu ceramic và chứa các viên đá cuội đã được tẩm một phần oxyt zirconi ở vùng nhiệt độ cao, và tẩm một phần oxyt nhôm ở vùng nhiệt độ thấp. Hơi trong hai thiết bị này lưu chuyển ngược dòng với hỗn hợp không khí/khí đốt. Các vật liệu rắn của một trong hai lò, trước hết, được gia nhiệt nhờ quá trình cháy của khí đốt sẽ được gia nhiệt nhờ quá trình cháy của khí trong giai đoạn đun nóng. Khi giai đoạn này kết thúc, hỗn hợp khí đốt sẽ được chuyển sang thiết bị 5 thứ hai, trong khi hơi được đưa vào thiết bị thứ nhất, tại đó nó hấp thụ nhiệt từ những viên đá cuội. Các dòng lỏng và khí thu được sẽ được làm lạnh nhanh và chuyển tới tháp chưng phân đoạn để tách sơ bộ dầu ở đáy (một phần dầu này được sử dụng làm tác nhân làm lạnh nhanh), hắc ín, nhựa than và dầu giàu hydrocacbon thơm lấy ra ở dọc thân tháp. Naphta và các phân đoạn nhẹ được thu hồi ở đỉnh tháp. Sau khi nén, các quá trình phân đoạn tiếp theo sẽ được thực hiện đối với các sản phẩm nhẹ để đạt được yêu cầu về thành phần giống như sản phẩm của quá trình cracking hơi thông thường. Sự khác biệt duy nhất đó là phân xưởng thu hồi acetylene lớn hơn so với phân xưởng được lắp đặt trong công nghệ cracking hơi. V.2. Quá trình nhiệt điện 1. Các quá trình hồ quang điện – Công nghệ Huls Bản chất quá trình này xuất phát từ lò hồ quang điện năng lượng cao (8500 kW) được cung cấp bởi dòng điện một chiều. Lò hồ quang điện Huls là một ống thẳng đứng được bao phủ bởi một luồng phun nguyên liệu, tại đó khí được dẫn vào theo phương pháp tiếp tuyến tạo ra chuyển động xoáy làm cho nhiệt độ phản ứng đồng đều. Thiết bị phản ứng được làm mát nhờ tuần hoàn nước. Làm lạnh nhanh khí ngay tại cửa ra của lò nhờ phun nước trực tiếp hoặc các hyđrocacbon đang cần được cracking để tạo thành hợp chất olefin. Đặc trưng kỹ thuật của lò hồ quang điện như sau: Năng lượng: 8500 kW Hiệu điện thế: 7000 V Cường độ dòng điện: 1200 A Lượng nguyên liêu có thể xử lý: 2000m 3 khí hyđrocacbon/giờ Nhiệt độ: 1000 – 1500 0 C Cường độ từ trường: 70 V/cm Thời gian lưu: 2/1000 s. Phần tinh chế trong sản xuất acetylene gồm có các giai đoạn sau: • Tách loại các hạt hạt cacbon bằng cách sử dụng thiết bị tách xyclon và tháp rửa nước. • Phân tách các hợp chất thơm và và các polyme mạch dài nhờ quá trình xử lý với nước và dầu hyđrocacbon thơm. • Hòa tan phần lớn acetylene vào nước đưới áp suất 1,8 MPa. • Giải nén từ từ dung dịch này tạo thành khí có chứa 10% TT các đồng đẳng acetylene mạch dài. Những hợp chất này sau này được loại bỏ nhờ quá trình làm lạnh xuống -80 0 C và cuối cùng là rửa bằng hỗn hợp metanol/benzen. Sản phẩm acetylene thu được có độ tinh khiết 97% khối lượng. Quá trình sản xuất acetylene theo phương pháp này có thể sử dụng rất nhiều loại nguyên liệu, trong đó riêng phân naphta trung bình cung cấp khoảng 35% tổng sản lượng acetylene. 6 HInh 2. Các quá trình Plasma Nhiệt độ cao cần cho quá trình sản xuất acetylene có thể đạt được nhờ plasma nhiệt, bằng cách sử dụng hồ quang hoặc các hệ thống cao tần. Trong các hệ hồ quang điện, quá trình ion hóa khí (argon, hydro…) đạt được nhờ dòng dẫn khí này qua hồ quang điện, được mồi lửa và duy trì giữa catôt phát xạ nhiệt và anôt (thường là vòi phun). Trong các hệ số cao tần, khí bị ion hóa nhờ đưa qua một ống làm bằng oxit silic được đặt trong cuộn solenoid tải dòng điện tần số cao, thường là tư 5 – 60 MHz. Một số nhà máy sử dụng công nghệ này đã được thử nghiệm ở Mỹ, Nga và Tây Đức. Nguyên liệu chính cho quá trình này rất đa dạng, có thể metan tới dầu thô, và thậm chí cả than đá. Nếu đi từ than đá, để sản xuất 1 tấn acetylene cần sử dụng 2,5 tấn than và 8000 kW giờ điện. V.3. Quá trình oxi hóa không hoàn toàn Các công nghệ này sử dụng quá trình đốt cháy một phần nguyên liệu để cấp nhiệt cho phản ứng. Dải nguyên liệu sử dụng cho quá trình cũng tương đối rộng, từ metan tới các phân đoạn giữa sản phẩm chưng cất dầu thô. Các công nghệ khác nhau chủ yếu ở thiết kế buồng đốt và loại dung môi sử dụng cho quá trình chiết acetylene. 1. Yêu cầu về thiết bị phản ứng - Tạo ra được hỗn hợp oxy/nguyên liêu cháy mà không gây ra hiện tượng cháy ngược trở lại trong ống dẫn khí. - Tạo ngọn lửa cháy ổn định nhờ điều chỉnh tốc độ dòng khí. - Ngăn ngừa sự ngưng tụ cacbon trên tường lò bằng cách dẫn hơi vào ở một số vị trí đặc biệt trên lò đốt. 7 - Có thể làm lanh nhanh khí sản phẩm bằng việc phun lưu chất lạnh vào, phân tán dưới dạng các hạt nhở mịn. 2. Các bước tính chế sản phẩm chính - Làm lạnh khí nhờ phun chất lạnh (nước hoặc dầu) để lôi cuốn một phần muội cacbon. - Loại bỏ những vết muội còn sót lại nhờ quá trình lọc hoặc rửa. - Nén khí tới áp suất sao cho áp suất riêng phần của acetylene không vựot 0,14Mpa để ngăn ngừa sự phân hủy gây nổ thành từng cấu tử của acetylene. - Hấp thụ CO 2 bằng dung môi hoặc dung dich kiềm. - Loại bỏ các hydro cacbon chưa chuyển hóa. - Hòa tan chọn lọc acetylene và nhả hấp phụ của quá trình. - Thu hồi acetylene hoặc hydro từ các sản phẩm phụ của quá trình. - Tái sinh các dung môi đã sử dụng. 3. Quá trình công nghiệp a. Công nghệ BASF Công nghệ của BASF sản xuất acetylene từ khí tự nhiên đã được biết đến từ năm 1950. Trên thế giới, có khoảng 13 nhà máy sử dụng quá trình này vào năm 1983, có khả năng tổng hợp được khoảng 400000 tấn/h. Tất cả các nhà máy này đều dùng phương pháp làm lạnh bằng nước trừ nhà máy ở Ludwigshafen (Cộng hòa Liên bang Đức) dùng phương pháp làm lạnh bằng dầu. Sơ đồ công nghệ: Hydrocacbon (metan hoặc naphta) và oxy được gia nhiệt trước khi đưa vào buồng đốt, nơi mà tại đó sau khi đưa qua ống venturi, chúng được dẫn vào thiết bị đốt gắn hàng trăm ống dẫn. Một lượng nhỏ oxy được dẫn vào ngược chiều để đảm bảo độ ổn định của ngọn lửa. Tỷ lệ oxy/hydrocacbon được điều chỉnh sao cho khoảng 1/3 hydrocacbon sẽ bị đốt cháy, phần còn lại sẽ là nguyên liệu cho cracking. Khí tạo thành được làm lạnh nhanh bằng nước ở khu vực buồng đốt sao cho đạt hiệu suất acetylene cao nhất. Cốc tạo thành được lấy ra và phân tách. Sau khi rửa bằng dầu, tách bỏ các polime và naphtalene, dòng khí được nén và chuyển đến khu vực chiết bằng dung môi N-metylpyrolidon. b. Công nghệ ngọn lửa chìm của BASF Kỉ thuật ngọn lửa chìm do BASF phát minh chính là tiến bộ mới nhất trong công nghệ oxy hóa không hoàn toàn. Nó được quan tâm nhiều từ sau năm 1973, khi mà quá trình oxy hóa không hoàn toàn để sản suất acetylene, etylene và hydrocacbon C 3 và C 4 và tổng hợp các khí từ nguyên liệu của các nhà máy chế biến dầu và phần cặn chân không. Dù nó dừng lại ở cuối năm 1973 nhưng tính kinh tế của quá trình này nó tiếp tục thu hút được sự quan tâm. Oxi được nén đến áp suất 16 Mpa trong các ống cháy chìm dưới dầu. Dầu bao quanh ngọn lửa để quá trình cháy từng phần thu được nhiệt độ phản ứng cần thiết và cũng đóng vai trò môi trường tôi. Quá trình này khác với các quá trình oxy hóa không hoàn sử dụng khí tự nhiên và sử dụng dầu nặng ở 5 đặc điểm sau: 1) Dầu thô có thể được khí hóa liên tục với sự hình thành phần cặn, và quá trình vận hành dưới điều kiện nhất định với dầu nặng. 2) Tất cả muội hình thành được thiêu hủy khi sử dụng nguyên liệu là dầu thô, nên có thể bỏ qua các vấn đề kho chứa hay tận dụng muội của acetylene. 8 3) Nhiệt được loại bỏ bởi sự tạo thành hơi nước ở áp suất 8 Mpa. 4) Quá trình được làm việc tại áp suất 9 Mpa như thế oxy chỉ tồn tại ở dạng hơi nén. Sự bẻ gãy khí ở điều kiện đó là có hiệu quả nhất.(The process is operated at 9 bar (0.9 MPa) so that the oxygen is the only compressed stream. The cracked gas is formed at a pressure sufficient for economic separation.) 5) Thiết kế nhà máy cracking được đơn giản hóa vì phản ứng của nguyên liệu, nhiên liệu, và môi trường là đồng nhất. Chú thích: a)Lò phản ứng; B) Thiết bị làm nguội dầu; C) nồi hơi; D) Bơm dầu tái sinh; E) Máy lọc hơi; F) Thiết bị làm mát; G) Thiết bị tách dầu; H) Bơm dầu; i) Tháp làm mát phun tia; J) thiết bị lắng tách; K) Bơm nước tái sinh; L) Thiết bị làm mát nước tái sinh. Không giống các quá trình khác, quá trình ngọn lửa chìm sử dụng nhiệt độ thấp (165 0 C) để phân tách khí thải, khí độc cacbon oxyt, hydro, metan và từ C2 đến các hydrocacbon cao hơn. Vì acetylene trong pha ngưng tụ được (On account of the acetylene in the condensed phase, extensive decomposition tests have been carried out) Nhà máy cracking đã được thử nghiệm bởi Soc. Ital. Acetica Sintetica Serie, Milan trên một quy mô thương mại. Tuy nhiên, kinh nghiệm có được với một xưởng sản xuất thử nghiệm cho thấy rằng những khó khăn chính sẽ được giải quyết. Quá trình ngọn lửa chìm có thể trở nên cạnh tranh bởi vì khả năng sử dụng dầu thô và phần cặn dầu thô của nó và vì năng lượng mất mát so với năng lượng cung cấp là thấp. V.4. Sản xuất acetylene từ cacbua canxi 1. Nguyên liệu Trước đây khi công nghệ sản xuất acetylene từ dầu mỏ và khí tự nhiên chưa phát triển thì acetylene được sản xuất chủ yếu từ than, cốc thông qua hợp chất trung gian là cacbua 9 canxi. Cacbua canxi hay đất đèn là hợp chất hóa học có công thức C 2 H 2 , thành phần hóa học của nó được tìm ra vào năm 1962 bởi nhà khoa học Wohler. Thành phần hóa học (của) carbure calci (thì) đầu tiên được đoán nhận vào 1862 Bởi Wệhler Sự tổng hợp cacbua canxi bắt đầu từ năm 1892 bởi nhà sáng chế Thomas Leopold Willson (1860 – 1915) tại ngôi làng Spray (nay là Eden) - miền Bắc carolia (Mỹ) nhờ lò hồ quang điện. Sau đó nó được sản xuất với quy mô thương mại và lan rộng ra khắp thế giới.Vào 1897 Bertolus đề xướng sự sử dụng dòng điện nhiều pha nhà công nghiệp furnaces. Vào 1904 Helfenstein xây dựng một lò mà sử dụng một dòng điện ba pha với ba điện cực. Những lò đầu tiên này có một công suất định danh (của) 3000 7500 kW, và evenhad sự chuẩn bị (cho) (Helfenstein hàng rào) khôi phục khí tiêu phí bên trong năm mươi tuổi, 40 MW lò Trong thao tác. Những những lò điện lớn Hiện đại, với sức mạnh đánh giá tới 60 MW, có Sửderberg điện cực và hoàn toàn được đóng để thứ phẩm (tác dụng phụ) khí độc o-xít các-bon có thể được phục hồi. Sự Phát triển trong năm gần đây đã trong phương hướng (của) những lò đáng tin cậy, được đo cỡ được đóng bởi môi trường phù hợp hơn đối với hoàn cảnh thị trường và nguyên liệu sẵn có Một đường vòng tới carbure calci là quá trình carbothermic, mà được vận hành trong thời gian 1940 1960 bởi BASF trong Đức, nhưng đã không phải được sử dụng từ đó. Lúc đầu acetylene được sử dụng để thắp sáng nhà cửa, đường cao tốc, mỏ và phao báo hiệu ở biển. Sau đó nó được dùng để hàn dựa vào phản ứng giữa oxy và acetylene. Acetylene trở thành cơ sở cả ngành công nghiệp của ngành tổng hợp hữu cơ. Sản xuất cacbua canxi: Cacbua canxi được sản xuất ở quy mô công nghiệp trong lò hồ quang ở nhiệt độ 2000 0 C, nguyên liệu là đá vôi và than cốc. Phản ứng tổng hợp như sau: CaO + 3C → CaC 2 + C 10 [...]... hoặc củi) Vì lẽ đó, phản ứng phải thực hiện trong lò hồ quang với các thanh điện cực bằng than chì Sản phẩm của phản ứng có khoảng 60 80% về khối lượng là canxi cacbua, có dạng hạt kích thước từ vài mm đến 50 mm Những tạp chất chủ yếu nằm ở các hạt có kích thước nhỏ Hàm lượng CaC2 trong sản phẩm được xác định bằng lượng axetylen tạo ra khi tác dụng với nước Ví dụ, tiêu chuẩn của Anh và Đức cho sản phẩm... xác định bằng lượng axetylen tạo ra khi tác dụng với nước Ví dụ, tiêu chuẩn của Anh và Đức cho sản phẩm đất đèn cục phải tạo ra 295 lít/kg và 300 lít/kg Tạp chất trong đất đèn có hợp chất của phốtpho, sẽ chuyển thành phốtphin (PH3) khi tác dụng với hiđrô 11 . nên acetylene được sử dụng làm nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hóa học để tạo ra nhiều sản phẩm phong phú và đa dạng. Hình II.2. Tổng hợp các ứng dụng của acetylene: Hình fsjsf: Các ứng. nóng các chất dẻo nhiệt, sản xuất thủy tinh, loại bỏ sơn… II.2. Sử dụng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa học Vì khả năng chuyển hóa cao của acetylene(thể hiện qua các phản ứng tổng hợp quan. Các ứng dụng của acetylen trong tổng hợp hóa học Giữa 1960 và 1970, khi acetylene được sản xuât một cách rộng khắp trên thế giới thì hầu hết sản phẩm trên được sản xuất từ acetylene. Trong khoảng