Производство ацетилена в промышленности

Ацетилен – это один из наиболее значимых углеводородов с тройной связью. Он является первым представителем ряда ацетилена, а также бесцветным газом, который практически не растворим в воде. Молекула ацетилена имеет на два атома водорода меньше, чем в молекуле этилена, и при этом характерно образование третьей связи между атомами углерода.

1) может применяться в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов;

2) используется также для синтеза различных органических соединений;

3) в результате присоединения хлора к ацетилену получают растворитель – 1,1,2,2-тетрахлорэтан. Путем дальнейшей переработки тетрахлорэтана получаются другие хлорпроизводные;

4) при отщеплении хлороводорода от 1,1,2,2-тетрахлорэтана образуется трихлорэтен – растворитель высокого качества, который широко применяется при чистке одежды: СНСI = ССI2;

5) в больших количествах ацетилен идет на производство хлорэтена, или винилхлорида, с помощью полимеризации которого получается поливинилхлорид (используется для изоляции проводов, изготовления плащей, искусственной кожи, труб и других продуктов);

6) из ацетилена получаются и другие полимеры, которые необходимы в производстве пластмасс, каучуков и синтетических волокон.

1) в лабораториях и промышленности ацетилен чаще всего получается карбидным способом. Если кусочки карбида кальция поместить в сосуд с водой или если воду добавлять к карбиду кальция, начинается сильное выделение ацетилена: СаС2 + 2НОН → С2Н2 + Са(ОН)2. Со стороны промышленности полимерных материалов карбидный способ является малоэффективным. Он связан с большими затратами электроэнергии на получение карбида кальция.

Особенности карбида кальция:

а) карбид кальция получают в электропечах;

б) получается при взаимодействии извести с углеродом (коксом, антрацитом);

в) получается при температуре 2000 °C: СаО + 3С → СаС2 + СО;

2) применяется способ получения ацетилена из более доступного химического сырья – природного газа (метана).

Особенности получения ацетилена из метана: а) если метан нагревать до высокой температуры, то он разлагается на углерод и водород; б) одним из промежуточных продуктов этой реакции становится ацетилен: 2СН4 → 2С + 4Н2;

в) одной из характерных черт получения ацетилена из метана являются две идеи:

– выделить его на промежуточной стадии;

– не дать ацетилену возможности разложиться на углерод и водород.

Для этого образующийся ацетилен необходимо быстро удалить из зоны высокой температуры и охладить.

24. Диеновые углеводороды

Строение и номенклатура.

Диеновые углеводороды – это углеводороды с двумя двойными связями.

Общая формула диеновых углеводородов: СnН2n-2.

Алкадиены, в молекулах которых две двойных связи разделены одной простой связью, называются соединениями с сопряженными двойными связями (дивинил и его гомологи).

Алкадиены, в молекулах которых две двойных связи примыкают к одному углеродному атому, называются углеводородами с кумулированными двойными связями (аллен и его гомологи):

R-СН =С=СН2 алкилаллены.

Углеводороды, в молекулах которых две двойных связи разделены двумя и более простыми связями, называются алкадиенами с изолированными двойными связями.

Химические свойства диеновых углеводородов.

Имея двойные связи в молекулах, диеновые углеводороды вступают в обычные реакции присоединения.

Например: а) обесцвечивают бромную воду; б) присоединяют галогеноводороды.

Характерной особенностью реакции присоединения является то, что наряду с обычным 1,2-присоединением идет 1,4-присоединение, при этом между 2-м и 3-м углеродными атомами возникает двойная связь. При реакции бутадиена-1,3 с бромистым водородом получается два продукта:

Соотношение продуктов реакции зависит от температуры и природы галогена. Выход продукта 1,4-присоединения увеличивается с повышением температуры и при переходе от хлора к йоду. При комнатной температуре получают смесь продуктов 1,2– и 1,4-присоединения. При низких температурах образуется больше того продукта, скорость образования которого выше (кинетически контролируемый продукт 1,2-присоединения). При высоких температурах образуется термодинамически более стабильный продукт 1,4-присоединения (термодинамически контролируемый продукт реакции). При наличии достаточного количества брома молекула бутадиена может присоединить по месту образующейся двойной связи еще одну молекулу галогена. При наличии двойных связей диеновые углеводороды довольно легко полимеризуются.

Продуктом полимеризации 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена) является природный каучук.

При производстве ацетилена необходимо учитывать его высокую способность к взрывчатому распаду. Распад происходит экзотермически по уравнению

Читайте также:  Как установить дециметровую антенну

и определяется в первую очередь температурой и давлением. С повышением температуры взрывчатость ацетилена резко возрастает.

Газообразные примеси, образующие с ацетиленом легковоспламеняющиеся смеси, увеличивают способность ацетилена к взрывчатому распаду. К таким примесям можно отнести воздух, кислород, фосфористый водород и др. Смеси ацетилена с воздухом, кислородом и фосфористым водородом даже при незначительном их содержании взрываются при атмосферном давлении, если температура в какой-либо точке смеси достигает температуры воспламенения. Для ацетилено-воздушных смесей (2,2-81 % ацетилена) температура воспламенения находится в пределах 305-407 °С; ацетиленокислородных (2,8-93% ацетилена) 197-306 С; ацетилена с фосфористым водородом 100-200 °С. Содержание газообразных примесей, способствующих взрывчатому распаду ацетилена, снижают при его производстве до минимально возможных пределов: воздуха до 0,5-1,5%, фосфористого водорода до 0,08%, сероводорода до 0,08-1,5%.

Газообразные примеси, не вступающие с ацетиленом в химические реакции, понижают его способность взрываться. К ним относятся азот, оксид углерода, метан, пары воды и др. Это объясняется разобщенностью молекул ацетилена молекулами газообразных примесей.

Аналогичное действие оказывает растворение ацетилена в жидкостях. Наиболее высокая растворимость ацетилена из доступных жидкостей — в ацетоне.

Граница взрывчатого распада ацетилена снижается при наличии катализаторов — оксидов меди, железа и других соединений. Поэтому стенки аппаратуры при производстве ацетилена и его потреблении не должны иметь оксидов.

Ацетилен при определенных температурах и давлении может взаимодействовать с медью и некоторыми другими металлами с образованием взрывчатых соединений — ацетиленнидов. Наличие их приведет к взрывчатому распаду ацетилена. Поэтому в аппаратуре для ацетилена запрещено применять сплавы, содержащие более 70 % Сu.

Ацетилен получают из карбида кальция и воды в специальных аппаратах, называемых ацетиленовыми генераторами.

Экзотермическая реакция протекает по уравнению СаС2 + 2Н20 = С2Н2 + Са(ОН)2 + Q.

Теоретически выход ацетилена из 1 кг карбида кальция составляет 372, 5 л (при 20 °С и 0,1 МПа). Реальный выход ацетилена значительно меньший и в зависимости от сорта карбида колеблется в пределах 235—285 л/кг.

Для производства ацетилена применяют различные конструкции генераторов. В основу их типизации и классификации положены следующие признаки: производительность, способ установки, давление вырабатываемого ацетилена, система регулирования и взаимодействия карбида кальция с водой.

По способу установки генераторы подразделяют на передвижные и стационарные. Производительность передвижных генераторов не должна превышать 5 м3/ч.

По давлению вырабатываемого ацетилена генераторы делятся на три группы: низкого (до 0,01 МПа включительно), среднего (свыше 0,01—0,15 МПа) и высокого (свыше 0,15 МПа) давления.

По системам регулирования и взаимодействия карбида кальция с водой различают генераторы с количественным регулированием реагирующих веществ и повременном. Количественное регулирование ацетилена осуществляют периодической дозировкой либо карбида кальция при постоянном объеме воды в зоне реакции (система «карбид в воду»), либо дозировкой воды при загрузке всего карбида кальция (система «вода на карбид»). Широко применяют и комбинированную систему генераторов с дозировкой обоих реагирующих веществ — карбида кальция и воды. Повременное регулирование количества ацетилена в газосборнике осуществляется периодической дозировкой времени контактирования карбида кальция с водой. Такие системы генераторов называют «контактными». Если подвижным компонентом служит карбид кальция, то такая система носит название «погружения», если подвижной системой является вода, то «вытеснения».

Существуют также системы генераторов, в которых сочетается количественная и повременная система регулирования ( рис. 25.1 ).

Рис. 25.1. Схема ацетиленового генератора комбинированного типа: 1 — зарядник; 2 — газосборник 3 — бак с водой; 4 — отбор газа

Ацетиленовые генераторы независимо от системы имеют следующие основные элементы ( рис. 25.1 ): зарядник 7, газосборник 2, предохранительные устройства против повышения давления в газосборнике и защиты генератора от обратных ударов пламени.

Указанные узлы могут быть сосредоточены в одной конструкции или разобщены и связаны между собой трубопроводами. Стационарные генераторы в ряде случаев снабжают химическими очистителями.

Зарядник предназначен для загрузки карбида кальция в генератор. В генераторах системы «вода на карбид», контактных и комбинированных, в зарядниках происходит реакция карбида кальция с водой с образованием ацетилена. Поэтому их часто называют газообразователями. В генераторах систем «карбид в воду» газообразование происходит вне зарядника. В этом случае зарядник имеет устройства для дозировки карбида кальция, подаваемого в воду. Зарядиики, в которых происходит газообразование, должны хорошо охлаждаться водой и быть удобными для удаления известкового ила и промывки.

Читайте также:  Как выбрать болгарку для дома и дачи

Газосборник предназначен для собирания ацетилена, поступающего из газообразователя, и отбора к месту потребления. Наличие газосборника позволяет компенсировать несоответствие между выходом ацетилена и его потреблением, в также уменьшать колебания давления при неравномерном расходовании газа. В конструкциях ацетиленовых генераторов встречаются газосборники трех видов: с плавающим колоколом, в виде сообщающихся сосудов и постоянного объема.

Предохранительные устройства в ацетиленовых генераторах применяют двух типов: для выпуска ацетилена в атмосферу при повышении давления сверх допустимого и защиты генератора от проникновения в газосборник пламени при обратном ударе. Обратным ударом называют проникание фронта пламени внутрь канала сопла горелки и распространение его навстречу потоку горячей смеси.

Возможность обратного удара определяется соотношением скорости истечения смеси и скорости ее воспламенения. Обратные удары возникают при чрезмерном нагреве горелки, малом расстоянии мундштука от поверхности нагрева, при закупоривании мундштука и др.
Предохранительные устройства против повышения давления ацетилена зависят от конструкции газосборника генератора.

Предохранительные устройства для защиты генератора от обратных ударов пламени представляют собой водяные затворы ( рис. 25.2, а, б ). Корпус 3 затвора заполняют водой до уровня контрольного крана КК- Ацетилен подводится по трубке 7, проходит через обратный клапан 2, расположенный в нижней части корпуса. В верхнюю часть корпуса газ проходит через отражатель 4. Ацетилен отводится к месту потребления через расходный кран Р/С. В верхней части корпуса имеется трубка, закрытая мембраной 5 из алюминиевой фольги. При обратном ударе пламени мембрана разрывается, и взрывчатая смесь выходит наружу. Давление взрыва через воду передается на клапан 2, который закрывает подвод газа от генератора.

Рис. 25.2. Схема водяного затвора закрытого тина: а — нормальная работа затвора; б — обратный удар в затворе; в — схема сухого затвора (пламягасителя)

В последнее время для защиты от обратного удара пламени применяют сухие универсальные затворы типа ЗСУ-1 (рис. 25.2, е). Затвор состоит из двух самостоятельных блоков: пламягашения и клапанного Б, установленного внутри первого с помощью резьбового соединения и уплотнительного кольца. Наличие двух блоков позволяет легко разбирать затвор и осуществлять ремонтные работы. Блок пламягашения состоит из наружного корпуса 1, крышки 4 и заключенных между ними пламяотбойника 3 и пламягасящего элемента 2.

После проверки уплотнений 5 корпус и крышку пломбируют. Блок клапанов состоит из корпуса 6, в котором установлены отсечной 8 и обратный 7 клапаны. По входному штуцеру горячий газ поступает в полость клапанного блока через открытый отсечной клапан. Далее газ через обратный клапан попадает в блок А. Отбор газа производится через выходной штуцер. При возникновении обратного удара перекрывается отсечной клапан и прекращается подача газа. Горящая смесь гасится в пористых каналах пламягасителя. После ликвидации обратного удара пружина возвращает клапан в исходное положение.

Химические очистители предназначены для очистки ацетилена. Вредные примеси в ацетилене (сероводород и фосфористый водород), проходя через пористую массу (геротоль), окисляются и переходят в нелетучие соединения. В качестве окислителя в геротоле обычно используют соединения хрома.

Питание сварочных постов ацетиленом осуществляется следующими способами: непосредственно на рабочем месте от передвижных ацетиленовых генераторов или ацетиленовых баллонов; централизованно по газопроводам от баллонных станций.

Качество ацетилена в передвижных генераторах, как правило, невысокое. Поэтому для непосредственного питания газосварочных постов наиболее целесообразно использовать баллонный ацетилен.

Для ацетилена используют стандартные баллоны вместимостью 40 л. Баллоны заполняют предварительно пористой массой (активированный уголь зернистостью 1—3,5 мм) и заливают ацетоном. При заполнении ацетилен растворяется в ацетоне и разобщается в капиллярах пористой массы. Такой способ заполнения исключает возможность взрывчатого распада ацетилена даже при самых неблагоприятных условиях. В 1 л ацетона растворяется при атмосферном давлении 23 л газообразного ацетилена. При давлении 1,9 МПа и пористости массы 70 % и баллоне вместимостью 40 л растворяется около 6 м3 ацетилена.

Читайте также:  Технологическое присоединение что это

Централизованное питание ацетиленом применяется обычно для десяти газосварочных постов. При небольшом числе постов используют ацетиленовые баллонные рампы. Типоразмерный ряд включает рампы, состоящие из 2×6, 2×9 и 2×15 баллонов. На крупных и средних машиностроительных предприятиях централизованное питание постов осуществляется от заводских ацетиленовых станций.

Промышленность выпускает автоматизированные ацетиленовые станции различной производительности, позволяющие получать как газообразный, так и растворенный ацетилен.

Ацетилен – бесцветный газ, относящийся к классу алкинов. Он представляет собой химическое соединение углерода с кислородом, служащее сырьём для синтеза большого числа химических компонентов.

Он ценится за свою универсальность и недорогую стоимость. Впервые этот газ был получен Эдмундом Деви, который проводил лабораторные опыты с карбидом калия. Чуть позже опыты с получением ацетилена проводились Пьером Бертло. Физик получил чистый ацетилен, пропуская обыкновенный водород над электрической дугой. Именно Бертло назвал новое химическое соединение ацетиленом.

Основные свойства ацетилена

Ацетилен является искусственным газом, так как он не имеет природного происхождения. Он горючий и весит легче воздуха. Газообразный углеводород добывается на специальных установках из карбида кальция, который в свою очередь подвергается разложению водой. В атмосферном воздухе ацетилен горит коптящим ярким пламенем.

При давлении свыше двух атмосфер он может быть взрывоопасным. В чисто химическом виде это соединение имеет слабовыраженный эфирный запах. А технический продукт, наоборот, из-за имеющихся примесей насыщен резковатым ароматом. Ацетилен намного легче воздушных масс, в газообразном состоянии он бесцветен. Описываемое соединение растворяется во многих жидких веществах при этом, чем ниже температура, тем лучше растворимость ацетилена.

Для этого газа характерны реакции полимеризации, димеризации, цикломеризации. Ацетилен может полимеризоваться в бензол или в другие химические органические соединения, такие как полиацетин. Атомы этого газа могут отщепляться в виде протонов. И за счет этого проявляются кислотные свойства ацетилена.

Ацетилен способен спровоцировать взрыв в отсутствие кислорода как природного окислителя. И особенности горючести этого газа были открыты еще в 1895 году А. Шателье. Именно он заметил, что ацетилен, сгорая в кислоте, дает яркое пламя, температура которого может достигать выше 3000 градусов Цельсия.

Применение ацетилена

Ацетилен имеет широкий ореол распространения. При помощи своих горючих свойств он активно применяет при сварке и резке металла. Также он применяется как источник ярчайшего и белого цвета. Ацетилен, образуемый путём взаимосвязи карбида кальция и H2O используемый для автономных светильников. Он активно используется для изготовления взрывчатых веществ. Благодаря ацетилену на свет появились разнообразные растворители этилового происхождения. Без этого газа не обходятся газосварочные работы, поэтому строительные фирмы всегда заказывают ацетилен в баллонах для производства сварочных а газорежущих работ.

ацетилен широко применяется в газосварочных работах

Строительство и промышленность это две основные отрасли, в которых ацетилен нашел свое широкое применение. В частности, сварочные и автогенные работы производятся только с ним. Кроме этого ацетилен используется в процессе органического синтеза разных химических веществ.

Например, на его основе производится синтез уксусной кислоты и уксусного альдегида, синтетического каучука, поливинилхлорида. Ну и естественно, ацетилен применяется в медицине для общей анестезии, которая предполагает использование алкинов в ингаляционном наркозе.

Транспортировка

Следует сказать и о транспортировке и хранении этого газа. Ацетилен вещество потенциально взрывоопасное. И он хранится в специализированных баллонах при поддержании оптимального уровня температуры и атмосферного давления. Газ растворяют и наполняют им баллоны для транспортировки. Подобный груз считается потенциально опасным и перевозится в соответствии со специальными нормами обращения с взрывоопасными грузами.