Отримання і виробництво ацетилену
Ацетилен - хімічно інертний, але надзвичайно вибухонебезпечний газ, набув широкого виробниче застосування завдяки своїй унікальній здатності утворювати з суміші з киснем полум'я надзвичайно високої температури, яка досягає 3150 С. Воно здатне локально розплавляти практично всі тугоплавкі метали і сплави (за винятком вольфраму). Не менш корисний ацетилен і в сфері промислового органічного синтезу, де цей газ з успіхом застосовується при виробництві синтетичного каучуку, оцтової кислоти та ін.
Історія відкриття ацетилену
У першій половині XIX століття хімія вже впритул підійшла до вирішення проблеми отримання органічних речовин з неорганічних. Одним з різнобічних вчених тієї епохи можна назвати і француза Марселя Бертло. Переважно Бертло займався хімією, але відомо майже 3000 написаних ним робіт і в інших галузях людських знань - археології, філософії, історії. Саме Бертло і вдалося вперше синтезувати ацетилен з простих складових - водню і вуглецю. Досвід, який вважається зараз елементарним, мало не коштував французькому хіміку здоров'я: коли він крізь запалені вугільні стрижні почав продувати водневу струмінь, його рука лише завдяки щасливому випадку не була обпечена сильним струменем світло-блакитного пального газу, який утворився в результаті такої продувки. Тепер будь-який школяр легко виведе формулу хімічної реакції, ініційованої М. Бертло в 1862 році:
Втім, через небезпеку подібного способу, для отримання ацетилену почали використовувати інший метод. Він був складніше, але зате значно безпечніше. Процес складався з двох етапів:
1. високотемпературних сплаву окису кальцію з коксом - проміжним продуктом отримання залізної руди, в результаті чого утворювався карбід кальцію - речовина і зараз застосовується для виробництва газового зварювання і різання:
СаО + 3С = СаС2 + СО
2. гідратірованіем отриманого карбіду з утворенням ацетилену і малорастворимого в воді гідрату окису кальцію:
СаС2 + 2Н2О = С2Н2 + Са (ОН) 2
Вперше такий досвід отримання ацетилену в порівняно великих кількостях був успішно проведений в 1896 році німецьким інженером Е. Віссі.
Сучасні способи отримання ацетилену
До початку ХХ століття стало ясно, що карбідний метод промислового отримання ацетилену має істотний недолік: він виявився вельми енерговитратним (зокрема, на 1 кг ацетилену необхідно затратити до 11000 квт ∙ год електроенергії). Природно, що бурхливо розвивалася промисловість не могла собі цього дозволити. Хоча в невеликих масштабах такий спосіб отримання ацетилену використовується і в наш час, для виробництва цього газу в великих кількостях винайдені більш прогресивні методи.
Серед них:
• Використання явища піролізу коксу, одержуваного в електрометалургійних печах (спосіб отримав особливий розвиток в країнах, де переважає методом виплавки стали є електрометалургія, наприклад, у Франції). По суті, це той же метод Вісса, але адаптований під електрометалургійний кокс. Слід зазначити, що отримання високоефективних карбідних печей до сих пір не вийшло зі стадії експериментальних розробок;
• Піроліз легких вуглеводнів - метану, бутану, пропану. легких бензинових фракцій і т.д. - в процесі їх зовнішнього підігріву або навіть згоряння в умовах протікання дугового розряду. Цей метод, названий його винахідником, білоруським вченим Н. печура, методом електрокрекінг, широко використовується в нашій країні і там, де є масштабне промислове виробництво вуглеводнів;
• Термічне високотемпературне розкладання газоподібних вуглеводнів з використанням кисневих пальників. Перевага даного методу полягає в тому, що високотемпературна плазма малочутлива до якості вихідної сировини. Тому для отримання ацетилену можна використовувати малоцінні вуглеводні або їх відходи.
Слід зазначити, що у всіх з представлених способів вихід ацетилену досить великий, і становить від 98%.
Першою промисловою установкою для виробництва ацетилену в великих обсягах прийнято вважати реактор в виробничо-дослідному центрі Оппа (Німеччина, 1942 р). Промисловість Третього Рейху, відчуваючи гостру нестачу в природних вуглеводнях, активно синтезувала коксовий і світильний газ Саарського кам'яновугільного басейну, який і використовувався для виробництва ацетилену. Тоді ж почалося більш-менш масштабне виробництво зрідженого ацетилену.
В даний час з метою забезпечення належної безпеки зберігання і транспортування зрідженого ацетилену виконується з його попередніми розчиненням в ацетоні, а для перевезення застосовують балони, що розміщуються в товщі м'яких пористих речовин, які мінімізують ризики в разі раптової розгерметизації балонів.
Зважаючи на високу вибухонебезпечності даного газу, розроблені і використовуються такі прийоми підвищення безпеки робіт з ацетиленом:
1. Застосування ацетиленових генераторів зниженого обсягу, в керуючої ланцюга яких виключаються срібло і мідь - хімічні елементи, при взаємодії з якими утворюється надзвичайно вибухонебезпечна суміш.
2. Розведення ацетилену хімічно інертними газами (наприклад, азотом) або їх парами, які сприймають на себе частину тепла, що виділяється ацетиленом, і тим самим знижують його швидке розкладання, згодом приводить до вибуху.
3. Обмеження тиску ацетилену безпечної кордоном в 0,2 МПа.
4. Використання ацетиленових генераторів з низькою швидкістю переміщення рухомих вузлів, з тим, щоб температура в робочому просторі машини не перевищувала 1000С.
5. Додаткова установка в схемах установок, що використовують ацетилен, запобіжних пристроїв, а також преградітелей поширення полум'я (кулькових клапанів, гідрозатворів і т.д.).
Цікаві факти, пов'язані із застосуванням ацетилену
• Ацетилен займає перше місце серед газів за своєю здатністю до локального розігріву металу і концентрації теплової потужності в зоні ацетиленового струменя. При цьому не тільки знижується трудомісткість виробництва розділових операцій із застосуванням ацетиленових генераторів, а й до значного покращення якості поверхні різу: кромки виходять найбільш чистими і рівними, а поділ металу може виконуватися під якими завгодно кутами;
• Ацетилен можна застосовувати також і для цілей пайки абсолютно різнорідних між собою матеріалів: з цією метою ацетиленову струмінь вдувають між твердими припоями;
• Для збереження фруктів, що транспортуються до споживача на вельми далекі відстані (зокрема, бананів, ананасів і т.д.) їх збирають трохи незрілими, а під час перевезення поміщають в ацетиленову середу. Невелике підбурювання ацетилену в ємність з плодами забезпечує їх поступове дозрівання;
• У скляної промисловості ацетилен застосовують для запобігання утворенню бульбашок. Для цього форми, які використовуються для видування скляних виробів, обробляють ацетиленом;
• Вперше киснево-ацетиленовий різак був використаний ... хакерами банку в німецькому Ганновері в 1901 році. Злочинцям вдалося непомітно пронести в приміщення компактний балон з киснем і ацетиленом. Однак товщина сталевого сейфа виявилася неприступною: через велику витрату кисню, його не вистачило, і хакерам вдалося пройти тільки 8 мм сталевого листа.
Компанія DP Air Gas - найбільший постачальник зріджених газів по території СНД, а також деяких країн ближнього зарубіжжя. Маючи в своєму розпорядженні сучасною технікою і обладнанням для виробництва та перевезення зріджених газів, DP Air Gas завжди гарантує своєчасну і якісну доставку технічних газів і їх сумішей. Технологія транспортування зріджених газів постійно вдосконалюється, як в плані можливих витоків сировини, так і для підвищення безпеки продуктів, що транспортуються. Компанія використовує різноманітні шляхи доставки товару своїм клієнтам: автомобільним, річковим і морським транспортом. Можлива оренда ємностей, а також спеціалізованих транспортних засобів для доставки зріджених газів.