УДК 661.723-13

Соколова И.В.

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ОБРАЗОВАНИЕ ПОБОЧНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ПРИ ОБЪЕМНОМ ТЕРМИЧЕСКОМ ХЛОРИРОВАНИИ МЕТАНА

Волгоградский Государственный Технический Университет

Рассмотрены условия, причины и следствия образования углистых отложений. Приведен анализ результатов хлорирования метана в лабораторном реакторе  при различных условиях с соответствующими выводами.

Ключевые слова: хлорирование, метан, хлоруглеводороды, обуглероживание.

Conditions, causes and effects of formation soot adjournment are considered. The analysis of results of chlorination of metane in a laboratory reactor is resulted under various conditions with appropriating conclusions.

Keywords: chlorination, metane, chlorinehydrocarbon, formation of soot.

Образование побочных хлоруглеводородов, а также сажеобразование можно отнести к существенным недостаткам метода объемного термического хлорирования метана. Выделяющаяся  сажа  катализирует  реакцию  деструктивного хлорирования метана. В результате автокаталитического ускорения реакции сажеобразования процесс хлорирования выходит из-под контроля. Одной из причин образования сажи могут являться реакции термического разложения хлорметанов. Образование побочных хлоруглеводородов приводит к получению труднореализуемых кубовых остатков и связанными с этим  потерями метана и хлора.  Ряд хлорпроизводных затрудняет или делает практически  невозможным выделение целевых товарных продуктов методом ректификации.   

Следствием обуглероживания стенки промышленного реактора является увеличение удельной поверхности шамотного кирпича и повышение активности нагретой поверхности реактора в реакциях разложения хлорметанов. Кроме того, углистые отложения оказывают определенное влияние на протекание основной реакции взаимодействия хлора с метаном.   

Были проведены лабораторные опыты по хлорированию метана в реакторе с обуглероженными  и необуглероженными стенками с целью изучения влияния углистых отложений на количество образующихся хлоруглеводородов. Термическое хлорирование метана проводили при температуре 500 °С при постоянном времени контакта 3,22-3,26 секунд.  Углистые отложения, взятые из лабораторного и промышленного реакторов, оказались практически одинаковыми по элементному составу. 

В результате экспериментов установлено, что благодаря добавке к смеси исходных реагентов водяного пара в количестве 5% об. удалось исключить обуглероживание стенок реактора. Аналогичный результат получен при добавлении кислорода в количестве не менее 3 % об. В условиях промышленного производства количество водяного пара и кислорода  нуждается в уточнении. Обнаружение в продуктах реакции окиси и двуокиси углерода позволяет предположить, что процесс образования углистых отложений компенсируется реакцией углерода с водяным паром. 

Опыты, проведенные в предварительно обуглероженном реакторе  показали, что водяной пар не оказывал влияние на основные показатели процесса. Конверсия хлора во всех опытах составляла 99,8 - 99,9 %. Одновременно, в предварительно обуглероженном реакторе введение в реакционную смесь водяного пара в количестве 15,3 % об. и 25,4% об. не оказывало практически никакого влияния как на суммарное количество образующихся побочных хлоруглеводородов этан - этиленового ряда, так и на их количественный состав.    

При анализе опытов, проведенных в предварительно необуглероженном  реакторе, было обнаружено, что помимо исключения обуглероживания уменьшилось количество побочных хлоруглеводородов примерно в три раза.  Причем, содержание некоторых примесей уменьшалось до следовых количеств.

Как в обуглероженном, так и в необуглероженном реакторе увеличение содержания водяного пара в реакционной смеси свыше 15 % об. не оказывало никакого влияния на образование побочных хлоруглеводородов. 

Лабораторные эскперименты позволяют сделать вывод о существенной роли реакций разложения хлорметанов в образовании побочных углеводородов этан - этиленового ряда. Значительное влияние на разложение хлорметанов оказывает наличие углистых отложений на стенках реактора, устранить или, по крайней мере, значительно замедлить процесс  обуглероживание которых можно с помощью добавки в реакционную смесь водяного пара или кислорода.

Литература:

1. Технологический регламент цеха № 32 ВОАО «Химпром».
2.  Научные труды НИИ «Синтез». M: Московская типография №11, 1996. - С. 176 -178