Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất Axetylen từ khí thiên nhiên

3% Butan 0,4% Etan 1 ,4% Ni tơ 5,4% Propan 0,5 % Người ta thu được khí sản phẩm có thành phần (thể tích) như sau: Axetylen 14,5 Metan 16,3 Metyaxetylen 0,4 Etan 0,03 Di axetylen 0,6 Propan 0,02 Vinyl axetylen 0,1 Bezen 0,3 Dimetyl axetylen 0,01 Toluen 0,02 Metyl vinyl axetylen 0,04 Hydro 63,46 Etylen 0,9 Oxyt cacbon 0,6 Propylen 0,02 nito 2,7 Butylen 0,02 Tốc độ nạp nguyên liệu khí tự nhiên là 2400 m3/h, thời gian lưu của khí trong lò hồ quang khoảng vài mi li giây và sản phẩm thu được gồm 680kg axetylen, 46 kg etylen, 1900m3 khí H2 và 145 kg muội. Ngoài ra còn có các đồng đẳng của axetylen chiếm khoảng 1,15% thể tích. Lượng muội chiếm 9,4% trọng lượng nguyên liệu ban đầu. Hydro sinh ra trong quá trình nhiệt phân được dùng để tổng hợp amoniac còn etylen được dùng để sản xuất polyetylen, oxyt etylen và etylbenzen. Trên hình vẽ 7 dưới đây biểu diễn hiệu suất axetylen và etylen và năng lượng yêu cầu cho các hydrocacbon trong quá trình không tôi trong những điều kiện xác định. Metan có năng lượng yêu cầu riêng (SER) cao nhất và cho hiệu suất axetylen cao nhất, hiệu suất etylen thấp nhất. Đối với các hydrocacbon có mạch cacbon càng lớn thì năng lượng yêu cầu riêng và hiệu suất axetylen giảm xuống tương ứng với sự giảm nhiệt cấp vào để tạo ra axetylen từ các hydrocacbon khác nhau. Hình 7 : Hiệu suất axetylen, etylen trong quá trình không tôi. Nhiệt phân có quá trình tôi thực chất là một quá trình nhiệt phân có điều khiển. Loại và lượng hydrocacbon sử dụng để tôi sơ bộ có thể rất đa dạng. Hình vẽ 8 dưới đây mô tả đặc trưng ..hiệu suất sản phẩm với tốc độ tôi khác nhau trong trường hợp me tan là nguyên liệu và propan là chất để tôi. Hình 8: Đồ thị hiệu suất sản phẩm của quá trình có tôi sơ bộ Hiệu suất axetylen và hydro không chịu ảnh hưởng của tốc độ tôi trong khi đó etylen có điểm cực đại sau đó giảm xuống khi thời gian tôi quá ngắn. Đối với propan hiệu suất có tăng và tỷ lệ C3/C2 nhỏ hơn 0,25. Các hydrocacbon còn lại có tỷ lệ như sau: ETan 100, Propan 75, n- Butan 72, iso-butan 24, 1 -Buten 53. Vì nhiệt độ của khí sau khi tôi sơ bộ trên 12000C nên người ta dùng một hệ thống tôi bằng dầu để thu hồi khoảng 80% nhiệt bằng cách trao đổi nhiệt dạng hơi. Hỗn hợp dầu - mồ hóng tạo thành có thể biến đổi tiếp thành sufua và cốc dầu mỏ cao cấp không tro. Sơ đồ biểu diễn quá trình nhiệt điện có sử dụng hệ thống tôi bằng dầu của Huls được trình bày trên hình 9 dưới đây. Hồi lưu Nguyên liệu b Dầu mồ hóng Hơi nứơc ở áp suất cao (20 bar) a Dầu cặn Axetylen sạch Hơi nứơc ở áp suất thấp d e c f Naphta đã nhiệt phân Dầu đun nóng dung môi Hình 9: Quá trình nhiệt điện với hệ thống sử dụng dầu tôi a. Thu hồi nhiệt; b. Lò hồ quang; c. Thu hồi dâu; d.Hỗn hợp phân chia các hỗn hợp có điểm sôi cao; e. Thiết bị phân chia các hỗn hợp có điểm sôi thấp; f. Thiết bị tái sinh dầu. Dưới đây ta sẽ trình bày cụ thể hơn về cấu tạo lò đốt Huls được thiết kế vào năm 1968 với năng suất 1,5 triệu tấn axetylen/năm. Hình 10: Lò HULS Khí nguyên liệu được đưa vào lò đốt theo phương tiếp tuyến qua một hệ thống khe (R), và tiếp tục chuyển động xoáy qua ống A (dài khoảng 1,5m, đường kính 85 - 105 mm). Dòng hồ quang L đốt giữa catot hình chuông C và -anot là ống A (được tiếp đất tại E). Khi dòng khí xoáy đi qua thì giữa các điện cực phóng điện. Điểm lửa trên catot hoặc anot có thể di chuyển lên xuống một cách tự do do tác động của dòng khí xoáy nên không làm cháy điện cực. Ngoài bộ phận cách điện (J, tất cả các chi tiết khác của lò đốt đều được làm bằng kim loại. Độ dày các vách điện cực từ 10 - 20mm. Dòng hồ quang dài khoảng 100 cm, kéo dài khoảng 40 - 50 cm trong ống anot (A). Phía dưới điểm phóng điện ở catot khoảng 20 cm các hydrocacbon lạnh được đưa vào qua các ống (D) để làm lạnh sơ bộ nhiệt của hỗn hợp phản ứng. Lượng hydrocacbon này bị cracking một phần, chủ yếu thành etylen. Hỗn hợp phản ứng trước khi ra khỏi ống anot (A) được làm lạnh ngay lập lức bằng cách tưới nước tại (W) để giảm nhiệt độ xuống khoảng 450oK. Các điện cực được làm lạnh bằng nước. Catot (C) được cách ly với các bộ phận khác bằng bằng một đệm cách điện. Dòng hồ quang xuất hiện bằng việc mồi lửa của ống mồi (Z). Dòng hồ quang có công suất 8000kw với điện áp 7000V, 1150A. Catot có tuổi thọ khoảng 800h còn anot khoảng l50h. Sự tạo muội trên bề mặt các điện cực sẽ ảnh hưởng đến dòng hồ quang. 2.1.4.2. Quá trình oxy hoá không hoàn toàn Trong quá trình này một phần nguyên liệu được đốt cháy đến nhiệt độ phản ứng và cấp nhiệt cho phản ứng. Các nguyên liệu có chứa cacban như metan, etan, LNG, LPG, naphta, gasoil, ngay cả than hoặc cốc có thể sử dụng để sản xuất axetylen bằng nhóm các phương pháp nhiệt phân này. Trong quá trình oxy hoá không hoàn toàn nguyên liệu được trộn với oxy, sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào lò phản ứng. Hỗn hợp sau phản ứng được làm nguội nhanh (quá trình tôi) bằng nước hoặc dầu. Tôi bằng nước đơn giản dễ thực hiện nhưng không hiệu quả bằng quá trình tôi bằng dầu. Người ta có thể sử dụng các .hydrocacbon lỏng để làm nguội, nhờ đó có thể tăng lượng etylen và axetylen được tạo thành trong khoảng nhiệt độ 1500 – 80000C. Quá trình này được gọi là quá trình hai bước. Cấu trúc lò đốt rất quan trọng cần phải đảm bảo được các yêu cầu công nghệ như thời gian lưu trong vùng phản ứng phải rất ngắn, hỗn hợp phản ứng phải được phân bố đồng đều, tốc độ dòng khí phải cố định trong quá trình phản ứng để đạt hiệu suất phản ứng cao, tránh hiện tượng cháy kích nổ và tạo cốc. Công nghệ của BASF sản xuất axetylen từ khí tự nhiên đã được thực hiện từ năm 1950. Cho đến năm 1983 tổng sản lượng của axetylen trên toàn thế giới được sản xuất theo công nghệ này vào khoảng 400000 tấn/năm. Hầu hết đều sử dụng phương pháp tôi bằng nước, chỉ có một nhà máy ở Đức sử dụng phương pháp tôi bằng dầu. Lò của công nghệ BASF được trình bày bởi hình vẽ 1 1 trên đây. Hỗn hợp oxy và hydrocacbon được trộn trước theo tỷ lệ xác định (0,5954). Ban đầu là quá trình cháy một phần nguyên liệu và ngay sau đó là quá trình oxy hoá không hoàn toàn hydrocacbon. Trong phương pháp này độ chuyển hoá hydrocacbon không phụ thuộc vào tốc độ khí đưa vào mà chỉ cần khống chế thời gian lưu trong tầng phản ứng nhỏ hơn nhiều so với thời gian phân huỷ trung bình của axetylen. Gia nhiệt sơ bộ nguyên liệu phản ứng đến nhiệt độ cao nhất có thể đạt được trước khi đưa vào lò phản ứng sẽ giảm được tiêu hao oxy và hydrocacbon nguyên liệu. Đồng thời cũng tạo ra tốc độ lan truyền ngọn lửa cao hơn và lưu lượng dòng lớn hơn trong lò phản ứng. Trong đây chuyền công nghệ thì lò phản ứng nhỏ nhất nhưng nó giữ một vị trí rất quan trọng. Cấu tạo của lò gần giống . nhau cho hai quá trình làm nguội nhanh bằng nước và làm nguội nhanh bằng dầu. Tại đỉnh thiết bị tác nhân phản ứng đã được gia nhiệt sơ bộ (đối với metan là khoảng 6000C) được trộn hỗn hợp thật nhanh với oxy tại buồng trộn. Khi hỗn hợp phản ứng được đưa vào buồng phản ứng thì sự bắt lửa xảy ra trong khoảng thời gian vài mili giây tuỳ thuộc vào nguyên liệu hydrocacbon và quá trình gia nhiệt sơ bộ. Các hyđrocacbon cao hơn sẽ được gia nhiệt sơ bộ ở nhiệt độ thấp hơn so với metan. Để tránh sự thổi ngược lại của hỗn hợp khí giữa buồng trộn và tầng phản ứng người ta sử dụng thiết bị khuếch tán là một ống nối từ buồng trộn tới lò đốt. Vì thành ống nhẵn và luôn luôn có dòng khí đều đặn đi qua các lỗ nhỏ của lò đốt nên thực tế không xảy ra sự chuyển động ngược lại của hỗn hợp khí. Lò đốt gồm những tấm thép được làm nguội bằng nước và có rất nhiều khe nhỏ để hỗn hợp khí đi qua. Tốc độ dòng khí luôn luôn lớn hơn tốc độ lan truyền ngọn lửa vì vậy ngọn lửa bên dưới không thể đốt ngược trở lại thiết bị khuếch tán. Phía dưới lò đốt có đường ống bổ sung thêm oxy cho hỗn hợp phản ứng. Trong điều kiện không thuận lợi ngọn lửa có thể xuất hiện phía trên lò đốt. Trong trường hợp này phải ngắt ngay dòng oxy đưa vào thiết bị phản ứng và thổi ni tơ vào. Nitơ dập tắt sự cháy kích nổ trước khi gây ra sự cố cho thiết bị. Hỗn hợp khí có nhiệt độ cao ở trong vùng phản ứng trong khoảng thời gian vài mili giây sau đó sẽ đi vào vùng tôi tại đó có phun nước hoặc dầu làm mát tức thời đến nhiệt độ 800C (đối với nước) hoặc 200 – 2500C (đối với dầu). Tác nhân dùng để tôi hỗn hợp sau phản ứng được dẫn vào từ hệ thống gồm 3 ống vòng đặt ngay phía dưới tầng phản ứng. Oxy Nguyên liệu 80 C 0 Thiết bị đốt nóng Thiết bị phản ứng Khí sau phản ứng đến máy nén 300 C Cột làm lạnh Lọc điện Nứơc muối Thu hồi muội Tháp làm lạnh Hình 12: Dưới đây mô tả các sơ đồ công nghệ sản xuất etylen bằng phương pháp nhiệt phân oxy hoá không hoàn toàn sử dụng quá trình tôi bằng nước và bằng dầu. a). Thiết bị đốt nóng; b). Thiết bị phản ứng; c). Cột làm lạnh; d). Lọc điện; e)Thu hồi muội; f). Tháp làm lạnh. Trong công nghệ tôi bằng nước, nguyên liệu khí oxy và me tan được đưa qua thiết bị đốt nóng (a) đạt đến nhiệt độ cần thiết khoảng 600 – 7000C sau đó đưa vào thiết bị phản ứng (b) tại đây xây ra quá trình oxy hoá tạo axetylen. Hỗn hợp sau phản ứng được làm lạnh nhanh bằng nước đến nhiệt độ khoảng 80 – 900C, sau đó hỗn hợp được đưa qua cột làm lạnh (c) để tiếp tục làm lạnh, tách muội cacbon và bụi cơ học. Thiết bị lọc điện (d) tiếp sau đó cho phép tách triệt để hơn muội cacbon và bụi cơ học. Khí sạch nhận được từ đỉnh cột làm lạnh có nhiệt độ là 300C được đưa qua máy nén sang bộ phận tinh chế thu sản phẩm axetylen. Muội cacbon được thu hồi nhờ bộ phạn lắng gạn (e). Tháp làm lạnh (f) có tác dụng bơm vận chuyển tuần hoàn lượng nước đưa vào tôi hỗn hợp sau phản ứng ưu điểm của công nghệ theo sơ đồ này là có thể thu được axetylen với hiệu suất cao, không có muội Cacbon và bụi cơ học. Tuy nhiên có nhược điểm là phải dùng một lượng nước lớn để tôi sản phẩm và không tận dụng được nhiệt của phản ứng. Nguyên liệu Thiết bị đun nặng Oxy 150 C 0 Thiết bị phản ứng Cột trao đổi nhiệt Khí sau phản ứng và BTX 0 180-220 C 0 200-260 C 0 Dầu cặn Bơm nén 0 140 C 0 110 C 0 100 C BTX Thiết bị cốc hoá 0 500 C TB làm lạnh cuối Lắng gạn Vòng thơm Ngưng tụ cao Sinh hàn không kh? Quá trình phân ly khí BTX nhẹ Muội than Kius sau phản ứng (30 C) Hình 13 : Sơ đồ công nghệ sản xuất axetylen với quá trình tôi bằng dầu. a). Thiết bị đốt nóng; b). Thiêr bị phản ứng; c). Cột trao đổi nhiệt; d)Bơm nén; e). Thiết bị cốc hoá; f). Lắng gạn; g) Thiết bị làm lạnh cuối. Trong sơ đồ hình 13 người ta đã khắc phục được nhược điểm của sơ đồ hình 12 bằng cách tận dụng được nhiệt của phản ứng để nhiệt phân cặn dầu. Tương tự như sơ đồ trên ban đầu khí nguyên liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ khoảng 600 – 7000C trong thiết bị đốt nóng (a) sau đó được dẫn vào thiết bị phản ứng (b), hỗn hợp sau phản ứng được tôi bằng cách phun cặn dầu đến nhiệt độ 200 – 2500C, lượng dầu chưa cháy hết được lắng ở đáy cột và được bơm trở lại bằng hệ thống bơm màng. Hỗn hợp khí sau phản ứng cùng với các sản phẩm phân huỷ của dầu là các hydrocacbon thơm (BTX) được đưa qua trao đổi nhiệt làm sạch khỏi muội cacbon tại cột trao đổi nhiệt (c). Cột trao đổi nhiệt có 3 phần: ở phần cuối cùng hỗn hợp khí trao đổi nhiệt với dầu, ở phần giữa trao đổi nhiệt tiếp tục và có tách các hợp chất vòng ngưng tụ, ở phần trên cùng trao đổi nhiệt với các hydrocacbon nhẹ (BTX). Sản phẩm khí đi ra từ trên đỉnh cột là hỗn hợp của axetylen, cacbonic, BTX...vv có nhiệt độ 800C được đưa sang thiết bị làm lạnh cuối (g) để tách BTX. Khí sản phẩm nhận được từ đỉnh tháp có nhiệt độ 300C được đưa sang máy nén. Phần chứa BTX thu được ở đáy tháp được đưa sang thiết bị lắng gạn (f) để thu BTX, cặn nặng hơn được đưa sang thiết bị cốc hoá (e) làm việc khoảng 5000C. Ưu điểm của sơ đồ công nghệ này là tận đụng được nhiệt của phản ứng để phân huỷ cặn dầu, sản phẩm của quá trình phân huỷ căn dầu chủ yếu là BTX. Nhược điểm của sơ đồ công nghệ này là axetylen nhận được có độ tinh khiết không cao so với phương pháp tôi bằng nước, hiệu suất sản phẩm không cao vì làm lạnh không triệt để. Dưới đây trình bày thêm một hình vẽ mặt cắt của công nghệ BASF. Bộ phận cảm trong điều chỉnh khí trơ Hình 14: Lò đốt của BASF 2.1.4.3. Sự phân tách và tinh chế Nếu nhiệt phân metan, khí ra khỏi các lò đốt là một hỗn hợp có nồng độ axetylen tương đối thấp và phần lớn là hỗn hợp gồm H2, N2, CO, CO2, các hydrocacbon không phản ứng và các đồng đẳng của axetylen. Trong trường hợp dùng các hydrocacbon cao hơn metan làm nguyên liệu thì sẽ có thêm sản phẩm olefin như etylen, propylen, propadien, butadien và các hợp chất thơm như benzen,naphtalen cùng các hydrocacbon cao hơn khác. Hầu hết các quá trình đều sinh ra một lượng đáng kể muội Cacbon và nhựa, trước khi thực hiện quá trình phân tách axetylen từ hỗn hợp khí cần phải loại bỏ lượng cặn này. Việc lách axetylen từ các hỗn hợp khí của các quá trình trình chuyển hóa khác nhau là một vấn đề rất phức tạp. Giới hạn nổ rất rộng của axetylen đã làm hạn chế sự lựa chọn các công nghệ tinh chế có hiệu quả lớn hơn. Kết quả nghiên cứu sự phân huỷ, giới hạn nổ của axetylen và hỗn hợp của nó với các khí khác đã chỉ ra rằng nên tránh các điều kiện hoạt động khi áp suất riêng phần của axetylen vượt quá 5 - 30 Psia và nhiệt độ không vượt quá 200 -220oF. Nhiệt độ thấp có thể dẫn tới sự xuất hiện của axetylen dạng lỏng hoặc rắn hay các đồng đẳng của nó cùng với sự phân huỷ bất ngờ và đột ngột. Trong sự hạn chế này tất cả các. quá trình thương mại để tách axetylen chuyển hóa từ hydrocacbon đều dựa trên cơ sở là kỹ thuật hấp thụ/giải hấp sử dụng một hoặc nhiều dung môi chọn lọc. Chỉ có một vài dung môi được sử dụng trong các quá trình thương mại như nước (Huels), NH3 khan (SBA), metanol lạnh (Montecatini), N-metyl, pyrolidin (BASF), butyrolacton C4H6O2, axeton, dimetyl formamit và các -hydrocacbon. Sự phân tách và tinh chế axetylen còn phức tạp hơn nữa bởi sự có mặt của các đồng đẳng cao hơn. của axetylen trong khí nhiệt phân, những chất hòa tan trong dung dịch axetylen và dễ dàng polyme hoá. Loại bỏ các hợp chất này là rất cần thiết vì axetylen là nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp khác.Việc này có thể thực hiện bằng cách pha loãng hay cô đặc axetylen với rnột lượng nhỏ dầu khoáng hoặc dung môi hữu cơ khác (Schoch, SBA, Wulff) hoặc dùng quá trình chưng phân đoạn nhiệt độ thấp (Huels). Quá trình tinh chế của BASF với dung môi là N-metyl pyrolidin (NMP). Khí cracking được tách thành 3 phần chính: - Khí tổng hợp thô. - Những đồng đẳng cao hơn của axetylen và các hợp chất thơm (được pha loãng bằng khí tổng hợp thô để đảm bảo tính an toàn), được sử dụng như nhiên liệu. - Axetylen. Hình vẽ 1 5 dưới đây là sơ đồ tinh chế axetylen sử dụng dung môi N- etyl pyrolidin (NMP). Khí cracking từ lò đốt đầu tiên được nén và đưa vào thiết bị rửa sơ bộ (b) ở đây dùng một lượng nhỏ dung môi để tách hầu hết các hợp chất thơm và các axetylen cao ngoại trừ vinyl axetylen. Khí từ đỉnh tháp có lượng axetylen lớn được chuyển qua thiết bị rửa chính (d), dung dịch ở đáy tháp có lẫn một lượng nhỏ axetylen được cho qua thiết bị cất phần nhẹ (c), ở đây dùng một lượng khí thải để cất lấy một phần axetylen để hồi lưu, phần đáy là dung dịch NMP chứa axetylen cao, các hợp chất thơm...vv đưa qua tháp cất phần nhẹ chân không (g) phần đỉnh cho hồi lưu. Hình 15: Sơ đồ tinh chế axetylen sử dụng dung môi N-metyl pyrolidin (NMP). a) Máy nén; b) Thiết bị rửa sơ bộ; c) Thiết bị cất axetylen; d) Thiết bị rửa chính; e) Thiết bị cất phần nhẹ; f) Cột cất chân không; g) Tháp cất phần nhẹ chân không; h) Cột rửa phụ; i) Thiết bị làm lạnh. Trong thiết bị rửa khí chính (d) khí được tiếp xúc với một lượng lớn dung môi, axetylen, các đồng đẳng và một ít CO bị hoà tan trong dung môi, khí thu ở đỉnh có thành phần chính là CO và H2, dung dịch đáy được đẩy qua thiết bị cất phần nhẹ (e). Thiết bị cất phần nhẹ (e) hoạt động ở áp suất và nhiệt độ lớn hơn môi trường một chút. Trong thiết bị này, dung dịch đáy của (d) được tưới vào dòng khí ngược từ cột cất chân không (f), axetylen được lấy ra ở thân tháp. Cũng nhờ công đoạn này, lượng CO2 tan trong dung dịch được tách ra và được hồi lưu lại trước máy nén (a) và do đó được chuyển vào khí tổng hợp. Dung dịch ở đáy (e) gồm dung môi NMP và các axetylen cao hoà tan được chuyển qua cột cất chân không (f) qua các thiết bị gia nhiệt tới 110- 120oC. Tại (f) dung dịch NMP được tách khí bằng 2 giai đoạn áp suất khí quyển (trên) và chân không (dưới), hàm lượng nước của dung môi được điều chỉnh bởi tốc độ đun sôi. Tại đáy cột, dung môi đã được tách khí hoàn toàn, được lấy ra làm lạnh và cho hồi lưu trở lại các tháp rửa, khí ở đỉnh cột được đẩy trở lại (e), hỗn hợp axetylen cao tách ra vẫn còn lẫn một ít dung môi và hơi nước được đưa sang thiết bị cất phần nhẹ trong chân không (g). Tại đây, khí được tưới bằng dung dịch ở đáy tháp cất (c). Hỗn hợp đỉnh lúc này chủ yếu là các axetylen cao, hơi nước và một phần rất nhỏ NMP được đưa qua cột rửa phụ (li) để tách triệt để NMP sau đó đưa qua thiết bị làm lạnh trực tiếp (i) để tách nước. Axetylen thương phẩm thu được sau đó được pha loãng với khí tổng hợp và mang đi tiêu thụ 2.2 Công nghệ sản xuất exetylen từ than đá hay cacbua canxi. Từ nguồn nguyên liệu là than đá ta có thể tổng hợp được cacbua canxi và các sản phẩm khác, do đó ta có thể xem xét song song hai vấn đề: Hiện nay quá trình sản xuất Axetylen từ CaC2 vẫn chưa được tiến hành chủ yếu cho quá trình cắt hàn kim loại và than pin. Do CaC2 tồn tại ở trạng thái rắn và được sử dụng trong một số quá trình đặc biệt nên Axetylen vẫn được sản xuất từ CaC2. Tiếp sau là canxi cacbua phản ứng với nước tạo thành axetylen và canxi hydroxit, phản ứng toả nhiệt mạnh: CaC2 + 2H2O đ C2H2 + Ca(OH)2 DH = - 129 kj/mol. Nhiệt tỏa ra từ phản ứng khá cao, do đó đòi hỏi thiết bị phản ứng phải tiêu tán nhiệt tốt. Trong trường hợp sự phân tán nhiệt không đảm bảo, nhiệt độ khí hoá tăng cao có thể làm nóng đỏ CaC2 và gây phân huỷ sản phẩm C2H2 thành C và H2 theo phản ứng (*). Vì phản ứng khí hoá cacbua canxi toả nhiệt cao nên yêu cầu kích thước của nguyên liệu khí hoá rất quan trọng. Kích thước hạt (mm) Tiêu chuẩn một số nước 2 – 4, 4 – 7, 7 – 15, 15 – 25, 25 – 50, 50 – 80 Đức – DIN 53922, Anh – BS642:1965, Nhật JIS K 1901-1978 Thêm vào đó cỡ hạt từ 0 - 3mm được sử dụng cho quá trình sấy khô axetylen . Cacbua canxi có số hiệu suất 372,66 điều này có nghĩa là khi khí hoá 1kg CaC2 sẽ cho 372,66 lít axetylen (C2H2) ở 150C Và 101,3kPa. Trong thương mại CaC2 có chỉ số hiệu suất từ 260 – 300. Có hai loại thiết bị sản xuất axetylen từ cacbua canxi (với lưu lượng sản phẩm lớn hơn 10 m3 sản phẩm /h) đó là thiết bị loại khô và thiết bị loại ướt. Trong thiết bị loại ướt axetylen được chuyển hoá với lượng nước dư đưa vào. Trong hầu hết các trường hợp đều thu được vôi ở dạng huyền phù có chứa từ 10 - 20% trọng lượng canxi hydroxit. Nhiệt của phản ứng làm tăng nhiệt độ của nước trong thiết bị và thoát ra ngoài thiết bị cùng với huyền phù. Trong các thiết bị loại khô nước được trộn với canxi cacbua theo đúng tỷ lượng trong phản ứng hoá học và đủ để lấy nhiệt của phản ứng. Canxi hydroxit thu được ở dạng bột có độ ẩm từ 1 - 6%. Nhiệt của phản ứng được cấp cho quá trình bay hơi một phần nước trong thiết bị. Các thiết bị được phân loại theo áp suất làm việc và theo cách phân loại này thì có một số thiết bị sau đây: * Thiết bị làm việc ở áp suất thấp * Thiết bị làm việc ở áp suất trung bình. Các thiết bị áp suất thấp có khả năng làm việc ở áp suất cao nhất là 0,2 bar và có khả năng chịu được áp suất trong thấp nhất là 1 bar. Các áp suất thấp hơn cũng có thể đạt được nếu việc thử được tiến hành trong điều kiện đặc biệt mà thiết bị có thể chịu đựng được (áp suất làm việc cao nhất, đầy nước, có máy khuấy . . . ) . Các thiết bị áp suất trung bình có khả năng làm việc ở áp suất cao nhất là 1,5 bar và có khả năng chịu được áp suất trong lên tới 24 bar. Nói chung áp suất 5 bar là phù hợp với các thiết bị được trang bị các đĩa gián đoạn có kích thước định trước và áp suất tương ứng. 2.2.1. Thiết bị loại ướt. Các thiết bị loại ướt được sử dụng chủ yếu để sản xuất axetylen với năng suất nhỏ như sử đụng cho mục đích hàn cắt. Các thiết bị loại ướt làm việc theo một trong 3 nguyên lý sau : 1. Nguyên lý cacbua trong nước: Khi đó cacbua được trộn với một lượng nước dư theo tỷ lệ tương ứng với tỷ lệ thu khí. Hiện nay hầu hết các thiết bị loại ướt đều làm việc theo nguyên lý này. 2. Nguyên lý nước trên cacbua (thiết bị loại động): Khi đó nước được thêm theo đúng tỷ lệ quy định vào lớp cacbua đặt trên một giá di động. 3 . Nguyên lý tiếp xúc (thiết bị giỏ): Khi đó cacbua được giữ trong một cài giỏ và nhúng chìm trong nước ở trong thiết bị. Loại thiết bị này được thiết kế sao cho áp suất khí sẽ đẩy nước ra khỏi giỏ khi tỷ lệ khí thu được thấp và ngược lại khi tỷ lệ khí sản phẩm tăng thì hút nước trở lại giỏ. 2.2.1.1. Thiết bị áp suất trung bình. Hình vẽ 1 6 dưới đây sẽ giới thiệu một thiết bị làm việc với áp suất trung bình của hãng Messer Griesheim MF 1009. Thùng chứa cacbua (a) được điền đầy cacbua có kích cỡ hạt là 4 - 7 mm. Thùng này được nối với phễu nạp liệu (b) qua một van khí và được loại hết không khí bằng, cách thổi khí ni tơ hoặc axetylen vào. Cacbua rơi xuống phễu nạp liệu (b) và được nạp liên tục xuống buồng khí hoá (d) nhờ hệ thống nạp liệu (c). Buồng khí hoá đã chứa nước ở mức quy định tuỳ thuộc: vào thể tích của thiết bị. Trong buồng khí hoá có thiết bị khuấy để trộn bùn vôi. Nhiệt toả ra trong quá trình khí hoá làm nóng khối nước trong thiết bi. Để quá trình hoạt động liên tục thì nhiệt độ của nước không được vượt 900C. Vì vậy nước sạch được đưa thêm liên tục vào buồng khí hoá. Khi mực nước đã đạt mức quy định thì van huyền phù (f) (được điều khiển bởi một quả nổi) mở ra cho phép bùn và nước tháo ra ngoài. Khí axetylen tạo thành tập trung trên mặt nước và được thu hồi. Hệ thống nạp liệu (c) được điều khiển bằng áp suất khí, có nghĩa là tỷ lệ nạp canxi cacbua vào buồng khí hoá phụ thuộc trực tiếp vào tỷ lệ khí thu hồi. Nguyên liệu cacbua trong phễu nạp liệu (b) thường đủ cho máy làm việc trong một giờ nhưng thùng (a) có thể lại được nạp đầy cacbua và chuyển nguyên liệu xuống phễu (b) tạo ra khả năng làm việc liên tục. Thiết bị loại ướt trên có năng suất là 75 m3/h. Thùng cacbua có thể chứa được 1000 kg cacbua. 2.2.1.2. Thiết bị áp suất thấp Loại thiết bị này làm việc theo nguyên lý cacbua trong nước tương tự như thiết bị áp suất trung bình. Trong các thiết bị này thường nắp thêm một bộ phận giữ cho dòng khí sản phẩm đi ra, thường là một quả chuông nổi: Ngược lại với thiết bị áp suất trung bình trong đó tốc độ nạp liệu được điều khiển bởi áp suất axetylen thì ở loại này tốc độ nạp liệu bởi vị trí của quả chuông trong bộ phận giữ axetylen, có nghĩa là bởi lượng khí sản xuất được. 2.2.1.3. Sản phẩm Khí axetylen tổng hợp trong thiết bị loại ướt có thể sử dụng ngay cho việc hàn cắt mà không cần qua giai đoạn làm sạch: Trong một vài trường hợp thì dòng khí đi ra khỏi thiết bị được nối với một tháp rửa khí để tách các hạt rắn hoặc giọt lỏng. Phần bùn vôi tạo thành được đưa vào các bể lắng ngầm. ở đó canxi hydroxit lắng xuống dưới dạng vôi hồ chứa 35 - 75% trọng lượng nước (còn gọi là vôi ướt). 2.2.2. Thiết bị loại khô. Thiết bị tổng hợp loại khô được sử dụng chủ yếu trong sản xuất axetylen với sản lượng lớn dùng cho mục đích tổng hợp hoá học. So với thiết bị loại ướt, ưu điểm chính của thiết bị loại khô là canxi hyđroxit khô tạo thành trong vai trò sản phẩm phụ có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều quá trình sản xuất khác dễ dàng, rẻ tiền, và đa dạng hơn so với vôi bùn thu được. Hơn nữa chỉ có canxi hydroxit khô mới có khả năng sử dụng cho quá trình tái sản xuất cacbua. Hai tiêu chuẩn quan trọng nhất trong việc thiết kế thiết bị loại khô là tỷ lệ khí hoá cao và loại bỏ những nguy hiểm do sự quá nhiệt gây ra. Để tăng cường khả năng phản ứng của bề mặt cacbua thô thì người ta dùng các loại thiết bị như : trống quay, máy khuấy cánh, sàng rung. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất khí hoá cacbua như : tỷ trọng, độ xốp và cấu trúc tính thể cacbua nhưng yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến hiệu suất khí hoá là bề mặt riêng. Vì vậy các thiết bị loại khô sử dụng cacbua mịn, đều (có kích cỡ từ 0 - 3 mm) sẽ cho hiệu suất cao. Dây chuyền sản xuất axetylen theo nguyên lý khô của Knapsack hiện đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới nó được mô tả bằng hình vẽ 17 dưới đây: Hình 17: Dây chuyền sử dụng thiết bị loại khổ của Knapsack a) Băng tải; b). Thùng nạp liệu; c) bánh quay hình sao; d) Băng tải nạp liệu; e)Thiết bị khí hoá; f) Bunke chứa vôi; g) Băng tải tháo vôi; h) Băng tải trang; i) Tháp rửa cấp 1, k) Tháp rửa cấp 2; I). Thùng ngâm khí. Các hạt cacbua min có kích cỡ 0 - 3 mm rơi từ băng tải (a) vào thùng nạp liệu (b). Băng tải đưa nguyên liệu tới thùng chứa cacbua. Do dòng cacbua luôn được nạp tuần hoàn nên thùng nạp liệu (b) luôn đầy. Do đó lớp cacbua trong thùng (b) thực tế đóng vai trò là một van ngăn khí giữa thiết bị khí hoá và hệ thông dây chuyền. Cacbua được nạp vào thiết bị khí hoá (e) qua bánh xe hình sao (c) và băng tải nạp liệu (d). Hiện nay thiết bị khí hoá lớn nhất