Ацетилен: производство, применение и безопасность — подробный обзор

Ацетилен: производство, применение и безопасность — подробный обзор

Основы

Ацетилен (C₂H₂) — бесцветное горючие газ с характерным запахом. При сжижении, сжатии, нагреве или смешении с воздухом он становится высоковзрывоопасным, требуя строгих мер безопасности при производстве и обращении. Его главная промышленная роль — сырье для ряда органических химикатов, в частности 1,4-бутандиола, используемого в полиуретановых и полиэфирных пластиках. Второе 주요 применение — топливо для кислородно-ацетиленовой сварки и резки металлов. Коммерческие производные вроде ацетиленового черного (для сухих элементов) и ацетиленовых спиртов (промежуточные для синтеза витаминов) добавляют ценность.

Сырье

Ацетилен — углеводород из двух атомов углерода и двух атомов водорода (C₂H₂). Коммерческое производство возможно из нескольких сырьевых материалов, каждый с особыми технологическими требованиями.

Самый прямой метод реагирует карбид кальция (CaC₂) с водой, давая ацетилен и мутную суспензию гидроксида кальция:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂ + Ca(OH)₂.

Альтернативные маршруты используют природный газ (в основном метан), нефть, нафту, мазут или уголь. Эти сырьевые материалы подвергаются высокотемпературному крекингу для получения смеси газов, включая водород, оксид углерода, диоксид углерода, ацетилен и другие. Ацетилен затем изолируют растворением в подходящем растворителе: воде, безводном аммиаке, охлажденном метаноле или ацетоне.

Производственный процесс

Химический реактивный процесс

В влажном процессе гранулы карбида кальция загружают в реакционную камеру, предварительно заполненную водой. Гранулы, обычно 2×6 мм, реагируют экзотермически, выделяя тепло, которое необходимо контролировать для предотвращения воспламенения. Система использует вращающие лопасти для перемешивания суспензии и подачу с контролем давления для поддержания желаемого газового потока. Ацетилен выходит на поверхность, охлаждается водяным распылением и проходит через гаситель вспышки перед выходом из камеры. Оставшийся гидроксид кальция оседает на дне; его периодически сливают, отправляют в осадочный пруд для отстоя, и утолщенный осадок сушат и продают как средство для очистки сточных вод, нейтрализатор кислот или грунтозаменитель для дорожного строительства.

Термический крекинг

Высокотемпературный крекинг превращает углеводороды в ацетилен и другие газы. Распространенный метод использует природный газ, нагретый до ~1200 °F (650 °C) в камере сгорания. Горячий газ, смешанный с кислородом в вентюри, саморазгорается в более чем 100 узких каналах, поднимая температуру до ~2730 °F (1500 °C). Примерно треть метана конвертируется в ацетилен, остальное сгорает. Быстрое淬火 водяным распылением следует, давая газовой поток, богатый оксидом углерода, водородом и малой долей ацетилена. Водяной скруббер удаляет сажу, а второй скруббер с N-метилпирролидоном захватывает ацетилен. Растворитель направляют в ректификационную колонну, где ацетилен отгоняют и собирают как чистый газ.

Хранение и обращение

Из-за взрывоопасности ацетилен должен храниться и перевозиться при строгих условиях. Трубопроводы транспортируют газ при очень низких давлениях на короткие расстояния, обычно только к смежным заводам. Для сварки и резки ацетилен хранят в специальных баллонах, наполненных абсорбентом (например, диатомитом) и небольшим количеством ацетона. Газ растворяют в ацетоне под ~300 psi (2070 кПа), нейтрализуя его взрывоопасность. При открывании клапана баллона падение давления выпускает контролируемый паровой поток к горелке.

Контроль качества

Ацетилен технического грейда B, пригодный для кислородно-ацетиленовой сварки, может содержать до 2 % примесей и обычно производится химическим реактивным путем. Грейд А ацетилен, для химического синтеза, ограничен ≤0,5 % примесями; он обычно получается термическим крекингом, но может требовать дополнительной очистки в зависимости от процесса и сырья.

Будущее

Спрос на ацетилен прогнозируется растущим умеренно (2–4 % в год) по мере появления новых конверсионных технологий. Значительное развитие — конвертация ацетилена в этилен с помощью катализатора, разработанного Phillips Petroleum, превращающая отход парового крекинга в ценное сырье для производства полиэтилена.