Химия өндірісіндегі қуаттардың жаңа түрлері

Химия өндірісінің дамуы қуатты тұтынудың сандық мөлшерінің өсуімен ғана емес сонымен қатар оның сапалық өзгерісімен қатар жүріп келеді. Бұл химиялық өндірісіне плазмохимиялық, ультрадыбыстық және фото – және радиациялық ықпал, төмен электрлік лазерлі шағылыстыру сияқты жаңа қуат түрлерін білдіреді. Бұл экстрималды ықпалдар реакциялық жүйенің белсенділеруіне әсер беріп, онда оянған бөлшектердің пайда болып және химиялық тың иницпирленуіне және процестің жоғары селективті болуына әсер береді. Құбылыстардың бұл саласы химиялық жаңа саласын құрады.
- Жоғары қуаттар химиясы (ЖҚХ), тітіркендіруші (оятушы) бөлшектерге ие жүйелерде химиялық өзгеру мен құрамымен қасиеттерді зерттейді.
Мұндай процестер ішінде болашағы зор және әмбебап болып плазмохимиялық процесс таңдалады, яғни плазмада жүретін химиялық өзгеру. Плазма деп жартылай немесе толық иондалған газды айтамыз, онда молекулалар, атамдар мен электрондар бар:

А2 2А; А А+ + Е.
Төмен температуралы - температурасы 10-3 – 104 0К және жоғары температуралы температурасы 106 – 108 К плазмаларды ажыратады. Химия технологиясында әр түрлі өнімдерді алу үшін төмен температуралы плазманы қолданады, оны алудың өндірістік әдістері жасалынған – жоғары температуралы плазма ТОКАМАГ типіндегі құрылғыларында қолданылады.
Қазіргі кезеңде 70 технологиялық плазмалық процестер зертелген, оның кейбіреулері өндіріске ендірілген.
Оларға мыналар жатады:
- балқуы қиын қосылыстардың эндотермиялық синтезі (уран және тантал, титан нитридтері, алюминий, вольфрам)
- тотықтар мен тұздардан металлдарды қалыпқа келтіру (темір, алюминий, вольфрам, никель, тантал)
- әр түрлі заттардың тотығуы (азот, хлорсутек, көміртек тотығы, метан).
- Табиғи газдардың, мұнай өнімдерінің гидролизі.
- Қарапайым заттардан бірстадиялы синтез қосылыстары (аммиак, цианды сутек, гидразин,фторкөмірсутек).
- Плазмохимиялық ықпал жағдайында зона құрылған қосылыстар синтезі (азон, криптон дифтериді, (11) күкірт тотығы, (1) кремний тотығы).
Өндірістік масштабтарда плазмохимиялық процестер ацетилен мен сутекті табиғи газдан, ацетиленді, этилен мен сутекті сұнай өнімдерінен, газ –синтезінен винилхлорид, ттанның қос тотығының өндірісінде қолданылады. пазмо химиялық процестерді жүргізу үшін әр түрлі конструкциялы плазмалық реакторлар қолданылады. 6 суретте түзу типтегі реактор ұсынылған, ол төрт тораптан тұрады. Плазматрон, онда электрдоғасының ықпалымен немесе жоғары жиілікті токтардың ықпалымен плазма құрылып, реакторға құрылған плазма ендіріліп және реагенттер құйылады, шынықтырушы құрылғы реакциялық қоспаның сууын қамтамасыздандырады, сонымен қоса реакция өнімдерін ұстауға арналған торап болып саналады.
Плазмохимиялық реакторлар үшін реакцияның жүруінің аз уақтысы тән, ол 10-2 ден 10-5 сек құрады. Бұл реактордың ең кіші көлемін анықтайды. Плазмохимиялық процестер оңай басқарылады. Оңтайландырылады, моделденуі жеңіл жүреді. Оларды жүргізуге жұмсалатын қуат көлемі дәстүрлі процестерге жұмсалатын қуат көлемінен едәуір аз.
Плазмохимиялық процестердің қарапайым үлгісін ацетиленді метан пиролизімен өндіру саналады. 2СН4 = С2Н2 +3Н2 + 4
мұндағы 4 = 376 кДж, константа жылдық тең
Кс= 1012 * е .
Активацияның жоғары қуаты процестің жоғары температуралы болуын талап етеді.
Термодинамикалық реакция 1500 0К температурасынан жоғары болғанда ғана мүмкін болады, онда Гиббс қуаты теріс мағынаға ие болады.
G = 96, 8 – 0,064 T T.
Ацетиленді алудың плазмохимиялық процесінде бұл схема бойынша плазма ретінде аргон немесе сутек қолданылады. Ал, процесс өнімдерді шынықтыру су себу мен іске асады. Метанның конверсия дәрежесі 0,7 ге жетеді, ал плазмалық реактордың (диаметрі 0,15м, биіктігі 0,65 м көлемі 0,05 м3) өнімділігі жылына 25000 тонна ацетилен. Қуат сиымдылығы бойынша плазмохимиялық әдісін (14,0 кВт * 41 кг) карбидті әдіспен (15,5 кВт * 4/кг) салыстырғанда электрокрекинг және термототықтыру пиролизінен кеш түспейді екен.
1-сурет. Газ турбинасымен схемада отын ретінде жанғыш ЕҚР қолдану.
2-сурет Жылуалмастырушысы бар схемада жылу ЕҚР қолдану: 1-реактор, 2-жылуалмастырғыш.
3-сурет. Регенераторлары бар схемада жылулық ЕҚР қолдану: 1-камераны жылытуға жұмыс істеуші регенераторлар, 1-газды жылытуға жұмыс істейтін регенератор.
4 – сурет. Утилдеуші – пештегі буды өндіруге арналған жылулық ЕҚР қолдану.
1- утилдеуші – пеш, 2-су бүркуші, 3-шығымы, 4-қыздырылған газдың ену жолы, 5-суытылған газдың шығу жолы.
5-сурет. «Мотор – насос – турбина» схемасында электрқуатын өндіруге арналған сығылған жүйенің қуат бөлігін қолдану 1-реактор, 2-сұйықтық турбина, 3-мотор, 4-насос, 5- ось.