СПОСОБ ГИДРОЛИЗА КАРБИДА КАЛЬЦИЯ Российский патент 2008 года по МПК C07C11/02 C07C11/24 C01B13/32 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к способу получения ацетилена путем гидролиза карбида кальция водой.

Известны способы получения ацетилена в промышленности путем термического разложения углеводородов (патент РФ №2158747, МПК C10G 15/08 2000) [1], (патент РФ №93057864, МПК С07С 11/24, 1997) [2].

Известный способ получения ацетилена, заключающийся в разложении карбида кальция водой, принят в качестве прототипа заявляемого изобретения (И.И.Стрижевский, А.С.Фалькевич. Производство ацетилена из карбида кальция. - М., Госхимиздат, 1949. стр.48-49, 118-121, 128, 145-146) - [3], (И.А.Антонов, Л.М.Кузнецов, С.П.Нешумова. Получение ацетилена из карбида кальция. - М., Химия, 1980, стр.22, 107-108) [4]. Преимуществом карбидного способа по сравнению со способами термического разложения углеводородов для получения ацетилена являются малые капитальные затраты на производство и простота реализации.

Однако известные промышленные карбидные способы получения ацетилена имеют ряд недостатков [3, стр.118-121, 128, 145-146; 4, стр.107-108]:

- получаемый газ насыщен парами воды;

- при получении часть ацетилена теряется безвозвратно с иловой водой;

- при получении могут образовываться большие количества известкового шлама, которые плохо утилизируются;

- при получении могут образовываться местные перегревы из-за плохого отвода тепла с поверхности карбида кальция;

- опасность при использовании для гидролиза карбидной мелочи и пыли из-за высокой скорости реакции и плохого теплоотвода;

- образование побочных продуктов при высокой температуре реакции гидролиза.

Использование различных технологических приемов - избыток воды, перемешивание частиц карбида, улучшает процесс, но не устраняет перечисленных выше недостатков [3, стр., 118-121; 4, стр.22]. Устранение одних недостатков становится причиной появления других.

Известны изобретения для дальнейшей переработки отходов карбидного способа получения ацетилена. Например, известные решения для утилизации отработанных известковых щелоков путем нейтрализации их кислотами является дорогим способом, т.к. требует применения дополнительно большого количества реагентов в виде свободных кислот (патент РФ №2048505, МПК С10Н 11/00, 1995) [5].

При этом не устраняются главные причины, ухудшающие процесс гидролиза карбида кальция.

Основные причины перечисленных недостатков [3, стр.48; 4, стр.22]:

- высокий тепловой эффект реакции гидролиза при непосредственном контакте чистой воды и карбида кальция;

- образование плотной корки продуктов реакции - извести, на поверхности частиц карбида, что ухудшает процесс теплоотвода и способствует местному перегреву.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении эффективности способа гидролиза карбида кальция водой, а именно в создании безотходного процесса гидролиза, возможности использования для гидролиза карбидной пыли и мелочи, улучшении безопасности процесса и в улучшении качества получаемого ацетилена.

Технический результат достигается тем, что по способу гидролиза карбида кальция, заключающемуся в разложении карбида кальция водой, новым является то, что для гидролиза готовят гидролизный раствор из смеси воды и инертного растворителя, а после гидролиза пары инертного растворителя конденсируют, получая товарные продукты: ацетилен, безводный инертный растворитель и известь.

Инертный растворитель можно предварительно отделить от получаемой извести отстаиванием, центрифугированием и др.

Для гидролизного раствора в качестве инертного растворителя используют этиловый спирт в количестве 68%≤С_спирт)<100%, остальное вода, где (С_спирт) - концентрация спирта в массовых процентах.

Получаемый после гидролиза карбида кальция этиловый спирт является абсолютированным и может применяться как добавка в моторное топливо.

Для проведения процесса гидролиза можно готовить растворы с различной концентрацией инертного растворителя, в качестве которого используют этиловый спирт, т.к. он относительно инертен химически, имеет температуру кипения ниже воды, не токсичен, образует растворы с водой в любых соотношениях. Выбор состава используемого гидролизного раствора зависит от активности карбида кальция, размеров частиц, параметров оборудования, начальной температуры компонентов, экономических затрат. Максимальное содержание воды в гидролизном растворе устанавливается на основании теплового баланса реакции и возможностей теплоотвода в аппарате.

Содержание этилового спирта в гидролизном растворе может колебаться в пределах 68%≤С_спирт)<100%, остальное вода, где (C_спирт) - концентрация спирта в массовых процентах. Поскольку карбид кальция активно реагирует даже со следами воды в гидролизном растворе, то минимальное количество воды не ограничивается.

Для технического карбида кальция оптимальным является диапазон концентрации воды от 20 мас.% до 30 мас.%. Выделяющееся при реакции тепло отводится за счет испарения всей массы этилового спирта. Уходящие из реакционного объема ацетилен и пары спирта подаются в теплообменник, где происходит отделение спирта от ацетилена. Ацетилен отправляется на потребление, конденсат - абсолютированный спирт, используют в качестве добавки к моторному топливу. Из полученной сухой извести удаляют остатки этилового спирта отгонкой.

Если для процесса используется гидролизный раствор с концентрацией воды ниже 10 мас.%, то реакционного тепла окажется недостаточно для полного испарения этилового спирта и тогда полученную суспензию извести в этиловом спирте предварительно разделяют отстаиванием или центрифугированием.

При использовании гидролизного раствора с концентрацией воды от 10 до 20% условия проведения гидролиза определяют исходя из технико-экономических расчетов. Реакционную массу либо подогревают, выделяя испаряющийся этиловый спирт в теплообменнике-конденсаторе, либо отводят тепло с последующим разделением-отстаиванием или центрифугированием.

Использование инертного растворителя позволяет изменить процесс гидролиза.

Технический результат достигается следующим образом.

В среде этилового спирта уменьшается скорость реакции гидролиза из-за разбавления и уменьшения концентрации воды в реакционном объеме. Этим уменьшается скорость тепловыделения и опасность местного перегрева, что позволяет использовать для гидролиза карбидную мелочь и пыль.

За счет меньшей температуры кипения этилового спирта температура в реакционном объеме и в зоне перегрева меньше чем при реакции с водой без присутствия инертного растворителя. Поскольку температура кипения воды выше температуры кипения этилового спирта, то за счет уменьшения максимальной температуры процесса достигается полная выработка воды из реакционного объема. Как следствие получаемый ацетилен не нуждается в осушке. Понижение температуры гидролиза увеличивает безопасность процесса в целом.

В среде этилового спирта известь на поверхности частиц карбида не образует плотной корки, а, напротив, образуется мелкий сыпучий тонкодисперсный порошок, который легко удаляется с поверхности частиц, за счет чего улучшается тепломассообмен с поверхностью карбида. Получаемая в ходе гидролиза известь не содержит в своем составе свободной воды, и после удаления остатков этилового спирта ее можно использовать как товарную.

Растворимость воздуха в растворах этилового спирта меньше, поэтому меньше количество воздуха, которое поступает в реакционный объем с гидролизным раствором, чем также повышается безопасность процесса.

Таким образом, предложенный способ является более эффективным по сравнению с известными способами, так как позволяет использовать для гидролиза карбидную пыль и мелочь, улучшить безопасность процесса и качество получаемого ацетилена. Способ является безотходным с получением в результате товарных продуктов - ацетилена, сухой извести и абсолютированного этилового спирта, который может использоваться в качестве октаноповышающей добавки в моторное топливо.

Пример 1.

В реакционный сосуд с мешалкой вносят 1 литр гидролизного раствора, состоящего из 70 мас.% этилового спирта и 30 мас.% воды. При перемешивании добавляется 640 г технического карбида кальция (с газообразованием 260 л/кг) в виде кусков размером 2-4 мм. Смесь постепенно разогревается с 20 до 79°С, с выделением ацетилена и паров этилового спирта. Мешалка останавливается. Испаряющийся этиловый спирт конденсируется в холодильнике, а ацетилен собирается в газгольдере над раствором поваренной соли. Получено ацетилена 160 л, раствор 99,9 мас.% этилового спирта в количестве 690 мл и 740 г сухой извести.

Пример 2.

В реакционный сосуд с мешалкой вносят 1 литр гидролизного раствора, состоящего из 94 мас.% денатурированного этилового спирта и 6 мас.% воды. При перемешивании добавляется 110 г технического карбида кальция (с газообразованием 260 л/кг) в виде кусков размером 6-8 мм. Смесь перемешивается в течение 4 часов до прекращения выделения ацетилена. Температура смеси не превышала 45°С. Разделение суспензии отстаиванием происходит в течение суток. Из осадка отгоняются остатки этилового спирта. Получено ацетилена 26 л, раствор 99,9 мас.% этилового спирта в количестве 920 мл и 126 г сухой извести.

Изобретение может быть использовано для получения ацетилена и извести путем гидролиза карбида кальция. Для проведения гидролиза готовят гидролизный раствор из смеси воды и этилового спирта, причем концентрация этого раствора по этиловому спирту 68 мас.% и более, но менее 100 мас.%. После гидролиза пары этилового спирта конденсируют, получая безводный этиловый спирт. Ацетилен и известь также получают безводными. Изобретение позволяет повысить эффективность способа гидролиза карбида кальция водой за счет создания безотходного процесса гидролиза и возможности использования для гидролиза карбидной пыли и мелочи, повысить безопасность процесса и качество получаемого ацетилена. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения ацетилена и извести гидролизом карбида кальция, отличающийся тем, что для гидролиза готовят гидролизный раствор из смеси воды и этилового спирта, причем концентрация этого раствора по этиловому спирту 68 мас.% и более, но менее 100 мас.%, а после гидролиза пары этилового спирта конденсируют, получая безводный этиловый спирт.2. Способ по п.1. отличающийся тем, что ацетилен и известь получают безводными.