Nhà cung cấp canxi cacbua hàng đầu thế giới .
Tối ưu hóa quy trình sản xuất axetylen: Đảm bảo độ tinh khiết của canxi cacbua phù hợp chính xác với nhiệt độ thủy phân.
2026-01-12
Việc lựa chọn canxi cacbua phù hợp với nhiệt độ thủy phân là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và tối đa hóa tốc độ sản xuất axetylen. Quá trình thủy phân tỏa nhiệt rất mạnh. 1 kg canxi cacbua có thể giải phóng 1985,6 kJ nhiệt khi phản ứng với nước. Nếu không được kiểm soát, nhiệt độ có thể tăng cao và gây ra sự phân hủy axetylen một cách nổ.
Axetylen ( C₂H₂ ) là nguyên liệu thô quan trọng cho nhiều quy trình sản xuất hóa chất, chẳng hạn như PVC, vinyl axetat và hàn. Đây là loại khí duy nhất có sẵn trên thị trường có thể hàn thép một cách đáng tin cậy. Các quy trình nhiệt độ cao khác cần điện và khí chuyên dụng, như trong hàn TIG/MIG. Hỗn hợp khí oxy-axetylen có thể đạt nhiệt độ lên đến 3150 °C. Đây là một loại khí có giá trị, và việc cải thiện hiệu suất của nó có thể giúp các nhà công nghiệp tối đa hóa lợi nhuận và giảm thiểu tổn thất.
Bài viết này sẽ trình bày chi tiết về quá trình thủy phân và các thông số chính mà người dùng cần kiểm soát. Sau đó, bài viết sẽ giải thích cách chúng ta có thể sử dụng canxi cacbua có sẵn trên thị trường và tối ưu hóa sản xuất axetylen. Đề cập đến các chiến lược tiên tiến để tối ưu hóa quy trình hơn nữa. Cuối cùng, bài viết sẽ đề cập đến hướng phát triển trong tương lai.
Thủy phân canxi cacbua trong sản xuất axetylen
Cơ chế phản ứng và nhiệt động lực học
Phản ứng cốt lõi dẫn đến sự sản xuất axetylen là phản ứng giữa canxi cacbua trong nước.
CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂ + Nhiệt
Nhiệt lượng sinh ra từ phản ứng cần được kiểm soát vì nó có thể làm tăng nhiệt độ nhanh chóng. Tăng nhiệt độ phản ứng có lợi cho việc sản xuất axetylen, nhưng nếu đạt trên 350 °C, axetylen sẽ bắt đầu trùng hợp, điều này không mong muốn và dẫn đến hiệu suất axetylen thấp hơn. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ tiếp tục tăng (400–600 °C), nó có thể dẫn đến sự phân hủy gây nổ, đây là mối quan ngại nghiêm trọng về an toàn. Dưới đây là hai khía cạnh chính cần xem xét:
Kiểm soát áp suất và nhiệt độ
Việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất của máy phát điện kín, nơi diễn ra phản ứng tỏa nhiệt mạnh, là vô cùng quan trọng. Máy phát điện phản ứng được phân loại trong công nghiệp thành loại áp suất thấp và áp suất trung bình. Kiểm soát áp suất của máy phát điện kín để đảm bảo nó không bao giờ vượt quá giới hạn an toàn tới hạn là 15 psig (khoảng 2 atm tuyệt đối) là chìa khóa để ngăn ngừa sự phân hủy gây nổ của axetylen. Nhiệt dung riêng điển hình của hỗn hợp huyền phù xấp xỉ Cp = 4,2 J/g°C. Cần khoảng 500 kJ/kg làm mát để tăng nhiệt độ lên 50°C (Wang và cộng sự, 2024).
Kích thước hạt canxi cacbua
Diện tích bề mặt của hạt tiếp xúc với nước cũng là một thông số quan trọng trong phản ứng. Các hạt có diện tích bề mặt lớn, điển hình là 15-25mm, có thể đạt trạng thái cân bằng trong vòng 5 phút ở 50 °C với hiệu suất 310-320 L/kg. So với đó, kích thước hạt 80-120mm sẽ mất 10-15 phút. Các hạt nhỏ hơn có thể đẩy nhanh tốc độ phản ứng lên đến gấp 2 lần.
Phân tích độ tinh khiết và nhiệt độ
Hai thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tối ưu hóa quá trình sản xuất axetylen.
Tăng cường động năng nhiệt độ
Phân tích phản ứng nhiệt động học của một phản ứng có thể được tối ưu hóa về mặt lý thuyết bằng cách sử dụng mô phỏng Aspen Plus. Một nghiên cứu như vậy được thực hiện bởi Wang et al. (2024) cho thấy rằng việc hoạt động ở nhiệt độ từ 70-80 °C làm tăng tốc đáng kể phản ứng. Năng lượng cần thiết để tạo ra phản ứng giữa canxi cacbua và nước giảm đi 10-15 kJ/mol.
Độ tinh khiết cao lý tưởng (>90%) và cửa sổ kiểm soát nhiệt độ
Mặc dù độ tinh khiết cao (>90%) là mục tiêu, nhưng điều này không khả thi về mặt thương mại. Lý tưởng nhất, độ tinh khiết >92% cho phép phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng hơn. Có một khoảng nhiệt độ từ 45-70 °C mang lại sự linh hoạt hơn cho người vận hành. Bên cạnh sự linh hoạt trong vận hành nhiệt độ, phản ứng cũng rất dễ dự đoán với độ thay đổi dưới 3%. Khí thu được sạch hơn nhiều và khả năng ăn mòn rất thấp. Sản lượng của quá trình cũng cao, đạt 300-320 L/kg.
Độ tinh khiết tiêu chuẩn (75-85%) và cửa sổ kiểm soát nhiệt độ
Phạm vi độ tinh khiết tiêu chuẩn là khả thi về mặt thương mại. Nó đi kèm với một phạm vi kiểm soát nhiệt độ hẹp hơn, thường là trong khoảng 70-80 °C. Có các phản ứng phụ dẫn đến sản sinh khí độc, nhưng chúng có thể kiểm soát được. Toàn bộ phản ứng vẫn cho năng suất khí đáng kể là 300L/kg với độ tinh khiết 80,6%. Con số này không quá xa so với sản lượng axetylen lý tưởng trên mỗi kilogram canxi cacbua được sử dụng. Phạm vi nhiệt độ được chọn để tránh nguy cơ phản ứng vượt tầm kiểm soát nếu nhiệt độ tăng lên đến 100°C. Sự ăn mòn gây ra hiện tượng rỗ bề mặt bình chứa lên đến 0,6mm/năm, làm cho việc sản xuất axetylen thành phẩm đắt hơn 0,15-0,25kg, nhưng nó vẫn khả thi về mặt thương mại.
Tối ưu hóa làm mát
Nước là nguồn làm mát trong phản ứng và cũng là thành phần quan trọng của phản ứng. Việc lựa chọn đúng lượng nước là rất quan trọng. Nếu chỉ sử dụng phản ứng hóa học, chúng ta chỉ cần 0,56 lít nước cho mỗi kilogram canxi cacbua. Tuy nhiên, lượng nước này không đủ để tạo hiệu ứng làm mát. Đối với các ứng dụng công nghiệp, chúng ta cần 5-20 lít/kg, giúp phản ứng duy trì ở nhiệt độ an toàn từ 70-80°C, thấp hơn đáng kể so với nguy cơ phản ứng vượt quá 100°C gây mất an toàn khi vận hành. Tối ưu hóa tỷ lệ nước có thể dẫn đến tối ưu hóa hiệu quả phản ứng.
Một nghiên cứu của Rodygin et al. (2022) chỉ ra rằng tỷ lệ 2:1 hoặc 3:1 có thể tiết kiệm 15-20% năng lượng và giảm thể tích bùn Ca(OH) 2 xuống 20%. Tuy nhiên, trên thực tế, việc kiểm soát và tìm ra năng suất tốt có thể trở nên khó khăn. Do đó, tỷ lệ 5-20/kg thực tế hơn.
Các sản phẩm canxi cacbua thương mại và tiềm năng tối ưu hóa của chúng
Chúng ta đã xác định được rằng độ tinh khiết của canxi cacbua và nhiệt độ thủy phân đóng vai trò quan trọng trong sản xuất axetylen. Bây giờ, hãy cùng phân tích xem kích thước hạt, khi kết hợp với nhiệt độ thích hợp, có thể mang lại những lợi ích gì.
Hãy xem xét TYWH (Công ty TNHH Hóa chất Thiên Tân TYWH) , một nhà sản xuất canxi cacbua lớn đến từ Trung Quốc. Năng suất sản xuất của họ rất ấn tượng, đạt 120.000 tấn/năm. Sản phẩm của họ hướng đến người tiêu dùng công nghiệp và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất axetylen.
Tổng quan về danh mục sản phẩm của TYWH
TYWH sử dụng các thùng kín khí có thể chứa 50kg hoặc 100kg canxi cacbua. Các thùng này sẵn sàng để vận chuyển và tuân thủ tiêu chuẩn ISO 9001/14001. Thời hạn sử dụng của chúng khoảng 12-18 tháng, và chúng thường giữ độ ẩm bên trong thùng kín khí dưới 1%.
Sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế, yêu cầu hàm lượng tro phải nhỏ hơn 1%. Tất cả các sản phẩm của TYWH đều chứa tạp chất độc hại, PH3 <0,04% và H2S <0,06%. Sản phẩm lý tưởng cho quá trình thủy phân, với lượng độc tố tạo ra tối thiểu, phù hợp với tiêu chuẩn ngành.
Đối chiếu các loại TYWH với điều kiện thủy phân
Để đạt được hiệu suất khí axetylen tốt nhất, điều quan trọng là tối ưu hóa nhiệt độ và lựa chọn độ tinh khiết phù hợp. Kết quả là hiệu quả của quá trình sản xuất được nâng cao. Dưới đây là bảng thể hiện điều đó.TYWH Các loại sản phẩm và các thông số liên quan trong quá trình sản xuất axetylen:
CaC2 (%) | 63.14 | 68.52 | 72.54 | 73.89 | 75.2 | 76.57 | 77.91 | 80.6 | 81.95 | 83.29 |
Khí đốt Năng suất (L/KG) | 235 | 255 | 270 | 275 | 280 | 285 | 290 | 300 | 305 | 310 |
Những lợi ích chính của việc tối ưu hóa sản xuất axetylen
Năng lượng và sản lượng
Tối ưu hóa sự kết hợp này có thể giảm lượng nhiệt thất thoát từ 20–25%, nâng cao hiệu suất năng lượng lên khoảng 73,2% trong các hệ thống sinh khối tích hợp và tiết kiệm khoảng 0,20 đô la Mỹ/kg chi phí năng lượng.
Mở rộng quy mô
Các loại đá dăm nhỏ hơn (15–25 mm) được sử dụng trong các hệ thống thí điểm sản xuất dưới 10 kg/giờ. Các loại đá dăm lớn hơn (80–120 mm) được sử dụng trong các nhà máy sản xuất hơn 1 tấn/giờ, nơi chúng mang lại lợi thế về năng suất từ 5–10% khi vận hành ở nhiệt độ thích hợp.
Tiết kiệm nhờ kiểm soát tạp chất
Việc sử dụng các loại vật liệu có độ tinh khiết cao ở nhiệt độ phù hợp cũng giúp giảm lượng vật liệu lọc cần thiết sau quá trình thủy phân từ 15–20%, từ đó tăng gấp đôi tuổi thọ của vật liệu lọc.
Các chiến lược tối ưu hóa nâng cao: Tích hợp quản lý nhiệt và tính bền vững
Phương pháp sản xuất hiện đại đảm bảo môi trường sạch hơn và tích hợp công nghệ để tăng cường giám sát và kiểm soát. Kết quả là quy trình sạch hơn, hiệu quả hơn và giảm thiểu công việc bảo trì sửa chữa. Dưới đây là ba lĩnh vực mà sản xuất axetylen hiện đại đang hướng tới:
● Thu hồi nhiệt: Sử dụng các bộ trao đổi nhiệt tiên tiến tận dụng nhiệt thải để làm nóng trước nước hoặc tạo hơi nước có thể giúp tăng hiệu quả. Năng lượng cần thiết để sản xuất axetylen sẽ giảm đáng kể. Một số bộ trao đổi nhiệt có thể thu hồi tới 45% nhiệt thải.
● Công nghệ xanh: Việc tích hợp sinh khối (BCCA) và tái chế chất thải bằng phương pháp tuần hoàn canxi có thể giảm lượng khí thải carbon của toàn bộ quy trình đến 65%.
● Điều khiển thông minh: Việc tích hợp các công nghệ mới nhất như trí tuệ nhân tạo (AI) và thiết bị Internet vạn vật (IoT) có thể dẫn đến việc giám sát và phân tích quy trình theo thời gian thực. Kết quả là các thông số được điều chỉnh nhanh chóng và khả năng kiểm soát tốt hơn, dẫn đến tăng năng suất lên đến 25%. Hơn nữa, nó làm giảm đáng kể nhu cầu bảo trì thông qua việc kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị.
Phần kết luận
Axetylen là một loại khí có giá trị được sử dụng trong hàn và sản xuất nhựa hoặc polyme. Quy trình sản xuất được sử dụng rộng rãi nhất là sử dụng canxi cacbua với nước. Đây là quy trình khả thi nhất về mặt thương mại, có hiệu suất cao và ít phức tạp. Trong bài viết này, chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến quá trình sản xuất axetylen. Ảnh hưởng của kích thước hạt và độ tinh khiết của canxi cacbua đến hiệu suất axetylen. Hơn nữa, chúng tôi đã kết hợp các yếu tố này để tìm ra sự kết hợp tối ưu giữa độ tinh khiết, kích thước hạt và nhiệt độ thủy phân của canxi cacbua. Trường hợp tốt nhất là sử dụng canxi cacbua có độ tinh khiết cao (>80%) và kiểm soát nhiệt độ ở mức 70-80°C. Để đảm bảo an toàn, nhiệt độ cần phải duy trì dưới 100°C. Do đó, vận hành với biên độ an toàn là rất quan trọng.
Tuy nhiên, mỗi ngành công nghiệp có thể thấy nhiệt độ và độ tinh khiết lý tưởng cho sản xuất axetylen là khác nhau; nghiên cứu cốt lõi vẫn giữ nguyên.
được đề xuất cho bạn
không có dữ liệu
Hãy liên hệ với chúng tôi
Trụ sở chính: Phòng 438, Số 58 Đường Wanxiang, Đường Gulin, Khu Tân Hải, Thiên Tân, Trung Quốc
Nhà máy: Khu dự án Laoshidan thuộc Khu công nghiệp Hải Nam, Quận Hải Nam, Thành phố Vũ Hải, Nội Mông, Trung Quốc