Получение и производство ацетилена

Ацетилен – химически инертный, но чрезвычайно взрывоопасный газ, получил широкое производственное применение благодаря своей уникальной способности образовывать с смеси с кислородом пламя чрезвычайно высокой температуры, которая достигает 3150 С. Оно способно локально расплавлять практически все тугоплавкие металлы и сплавы (за исключением вольфрама). Не менее полезен ацетилен и в сфере промышленного органического синтеза, где этот газ с успехом применяется при производстве синтетического каучука, уксусной кислоты и пр.

История открытия ацетилена

В первой половине XIX века химия уже вплотную подошла к решению проблемы получения органических веществ из неорганических. Одним из разносторонних учёных той эпохи можно назвать и француза Марселена Бертло. Преимущественно Бертло занимался химией, но известно почти 3000 написанных им работ и в других отраслях человеческих знаний — археологии, философии, истории. Именно Бертло и удалось впервые синтезировать ацетилен из простых составляющих – водорода и углерода. Опыт, считающийся сейчас элементарным, чуть не стоил французскому химику здоровья: когда он сквозь зажжённые угольные стержни начал продувать водородную струю, его рука лишь по счастливой случайности не была обожжена сильной струёй светло-голубого горючего газа, который образовался в результате такой продувки. Теперь любой школьник легко выведет формулу химической реакции, инициированной М. Бертло в 1862 году:

2С + Н2 = С2Н2

Впрочем, из-за опасности подобного способа, для получения ацетилена начали использовать другой метод. Он был сложнее, но зато значительно безопаснее. Процесс состоял из двух этапов:

1. Высокотемпературного сплавления окиси кальция с коксом – промежуточным продуктом получения железной руды, в результате чего образовывался карбид кальция – вещество и сейчас применяемое для производства газовой сварки и резки:

СаО + 3С = СаС2 + СО

2. Гидратированием получившегося карбида с образованием ацетилена и малорастворимого в воде гидрата окиси кальция:

СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са(ОН)2

Впервые такой опыт получения ацетилена в сравнительно больших количествах был успешно проведен в 1896 году немецким инженером Э. Виссом.

Современные способы получения ацетилена

К началу ХХ века стало ясно, что карбидный метод промышленного получения ацетилена обладает существенным недостатком: он оказался весьма энергозатратным (в частности, на 1 кг ацетилена необходимо затратить до 11000 квт∙ч электроэнергии). Естественно, что бурно развивавшаяся промышленность не могла себе этого позволить. Хотя в небольших масштабах такой способ получения ацетилена используется и в наше время, для производства этого газа в больших количествах изобретены более прогрессивные методы.

Среди них:
• Использование явления пиролиза кокса, получаемого в электрометаллургических печах (способ получил особенное развитие в странах, где преобладающим методом выплавки стали является электрометаллургия, например, во Франции). По сути, это тот же метод Висса, но адаптированный под электрометаллургический кокс. Следует отметить, что получение высокоэффективных карбидных печей до сих пор не вышло из стадии экспериментальных разработок;

• Пиролиз лёгких углеводородов – метана, бутана, пропана. лёгких бензиновых фракций и т.д. – в процессе их внешнего подогрева или даже сгорания в условиях протекания дугового разряда. Этот метод, названный его изобретателем, белорусским учёным Н. Печуро, методом электрокрекинга, широко используется в нашей стране и там, где имеется масштабное промышленное производство углеводородов;

• Термическое высокотемпературное разложение газообразных углеводородов с использованием кислородных горелок. Преимущество данного способа заключается в том, что высокотемпературная плазма малочувствительна к качеству исходного сырья. Поэтому для получения ацетилена можно использовать малоценные углеводороды или их отходы.

Следует отметить, что во всех из представленных способов выход ацетилена достаточно велик, и составляет от 98%.
Первой промышленной установкой для производства ацетилена в больших объёмах принято считать реактор в производственно-исследовательском центре Оппау (Германия, 1942 г). Промышленность Третьего Рейха, испытывая острый недостаток в природных углеводородах, активно синтезировала коксовый и светильный газ Саарского каменноугольного бассейна, который и использовался для производства ацетилена. Тогда же началось более-менее масштабное производство сжиженного ацетилена.

В настоящее время с целью обеспечения надлежащей безопасности хранение и транспортировка сжиженного ацетилена выполняется с его предварительным растворением в ацетоне, а для перевозки применяют баллоны, размещаемые в толще мягких пористых веществ, минимизирующих риски в случае внезапной разгерметизации баллонов.

Ввиду высокой взрывоопасности данного газа, разработаны и используются следующие приёмы повышения безопасности работ с ацетиленом:

1. Применение ацетиленовых генераторов пониженного объёма, в управляющей цепи которых исключаются серебро и медь — химические элементы, при взаимодействии с которыми образуется чрезвычайно взрывоопасная смесь.

2. Разбавление ацетилена химически инертными газами (например, азотом) или их парами, которые воспринимают на себя часть тепла, выделяемого ацетиленом, и тем самым снижают его быстрое разложение, впоследствии приводящее к взрыву.

3. Ограничение давления ацетилена безопасной границей в 0,2 МПа.

4. Использование ацетиленовых генераторов с низкой скоростью перемещения подвижных узлов, с тем, чтобы температура в рабочем пространстве машины не превышала 1000С.

5. Дополнительная установка в схемах установок, использующих ацетилен, предохранительных устройств, а также преградителей распространения пламени (шариковых клапанов, гидрозатворов и т.д.).

Интересные факты, связанные с применением ацетилена

Ацетилен занимает первое место среди газов по своей способности к локальному разогреву металла и концентрации тепловой мощности в зоне ацетиленовой струи. При этом не только снижается трудоёмкость производства разделительных операций с применением ацетиленовых генераторов, но и существенно улучшается качество поверхности реза: кромки получаются наиболее чистыми и ровными, а разделение металла может выполняться под какими угодно углами;

• Ацетилен можно применять также и для целей пайки абсолютно разнородных между собой материалов: с этой целью ацетиленовую струю вдувают между твёрдыми припоями;

• Для сохранения фруктов, транспортируемых к потребителю на весьма далёкие расстояния (в частности, бананов, ананасов и т.д.) их собирают немного незрелыми, а при перевозке помещают в ацетиленовую среду. Небольшое стравливание ацетилена в емкость с плодами обеспечивает их постепенное дозревание;

• В стекольной промышленности ацетилен применяют для предотвращения образования пузырьков. Для этого формы, используемые для выдувания стеклянных изделий, обрабатывают ацетиленом;

• Впервые кислородно-ацетиленовый резак был использован…взломщиками банка в немецком Ганновере в 1901 году. Преступникам удалось незаметно пронести в помещение компактный баллон с кислородом и ацетиленом. Однако толщина стального сейфа оказалась неприступной: из-за большого расхода кислорода, его не хватило, и взломщикам удалось пройти только 8 мм стального листа.

Компания DP Air Gas – крупнейший поставщик сжиженных газов по территории СНГ, а также некоторых стран ближнего зарубежья. Располагая современной техникой и оборудованием для производства и перевозки сжиженных газов, DP Air Gas всегда гарантирует своевременную и качественную доставку технических газов и их смесей. Технология транспортировки сжиженных газов постоянно совершенствуется, как в плане возможных утечек сырья, так и для повышения безопасности транспортируемых продуктов. Компания использует разнообразные пути доставки товара своим клиентам: автомобильным, речным и морским транспортом. Возможна аренда ёмкостей, а также специализированных транспортных средств для доставки сжиженных газов.