Пиролиз метана – это процесс расщепления углеводородов на соединения с более низкой молекулярной массой. Для этого газ нагревают до высоких температур в специальной установке.
Разновидности пиролиза
Выделяют две основных разновидности пиролиза: низко- и высокотемпературный. В первом случае газ нагревают до 450-900°С. При высокотемпературном пиролизе установку разогревают выше 900°С. Главное отличие этого вида реакции – возможность получения с ее помощью ацетилена и диеновых углеводородов.
В зависимости от способа подвода тепла к пиролитической установке, выделяют такие виды превращения метана:
- Регенеративный – печь сначала подогревают топочными газами, а потом при помощи насадки пропускаю газ.
- Гомогенный – в горячий газ вводят сырье, которое поддается переработке.
- Электрокрекинг – для обработки используют электродуговые печи.
- Окислительный – горение углеводородов, сопровождающееся выделением кислорода, и реакция пиролиза с его поглощением соединены в одном устройстве.
Имеет значение скорость подвода тепла к установке. Быстрый пиролиз требует меньше энергии и не вредит окружающей среде. Продукты этого вида переработки чище, чем при медленной реакции.
Как осуществляется реакция
Кратко химическую реакцию можно описать следующим образом:
СН4 = С + 2Н2.
На первом этапе пиролитического превращения газ нагревают до 900-1000°К. Следующая стадия получила название конверсии. Она состоит из двух этапов. На первом за несколько миллисекунд метан нагревают до 2000°К. Далее смесь выдерживают под давлением от 2 до 5 МПа в течение 5 мс. Заключительный этап – закалка метана.
Продукты пиролиза
При высокотемпературном нагревании метана получают вещества из группы олефинов. К продуктам пиролиза газа относятся этилен и ацетилен. Помимо этих веществ, образуются такие соединения:
- бутан;
- окись углерода;
- водород;
- пропилен;
- диацетилен;
- венилацетилен.
Ацетилен – это горючий газ. Его химическая формула – С2Н2. Он легче воздуха, имеет резкий запах.
Фактором, характеризующим эффективность реакции, является устойчивость получаемых соединений к действию высоких температур. Стойкость ацетилена при нагревании увеличивается, а других продуктов – падает.
Недостаток ацетилена – неустойчивость. За минимальный промежуток он может превратиться в водород и углерод. Поэтому газы, образованные в результате пиролитической реакции, могут пребывать в реакционной зоне 0,01 секунду.
Технический углерод (сажа) вместе с водородом являются конечными продуктами высокотемпературной обработки метана. Пиролиз используют для получения сажи. В результате реакции образуется 1 атом углерода и 2 атома водорода.
Этилен – результат превращения ацетилена. Переработка последнего усложняет процесс и делает его более затратным. Важный углеводород получают также при прямом превращении метана. С этой целью изобрели комбинированную закалку.
Области применения пиролиза метана
Раньше ацетилен использовали для освещения улиц, устанавливая лампы с этим веществом. Сейчас газ применяют в химической промышленности. Из ацетилена изготавливают каучук, пластмассы, растворители, волокна химического происхождения – вот, для чего используют пиролиз метана.
Этилен добывают как мономер для полиэтилена, сополимеров. Их применяют в следующих областях:
- автомобилестроении;
- изготовлении транспортных лент;
- производстве оболочек для кабелей;
- изготовлении резины, шлангов.
Пиролиз метана – реакция, с помощью которой получают важные углеводороды ацетилен и этилен. Их используют в химической промышленности, автомобилестроении, производстве резины.
