Для получения каких продуктов используется ацетилен
Прежде чем приступить к объяснению, где применяется ацетилен, давайте рассмотрим, как его получить.
Получение ацетилена производят двумя основными способами:
- из карбида кальция в результате реакции гидролиза
- из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти, газах от переработки угля и торфосланцев.
На данный момент способ получения ацетилена из карбида кальция используется редко, поскольку он довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии.
Поэтому на смену ему пришел способ получения ацетилена из природного газа (метана) термоокислительным пиролизом метана с кислородом (так называемый пиролизный ацетилен).
Получение ацетилена пиролизным способом
Пиролизный ацетилен получают путем сжигания метана в смеси с кислородом в реакторах при температуре 1300-1500°C. В результате чего получается смесь, которая содержит:
- ацетилен – до 8%;
- водород – 54%;
- окись углерода – 25%;
- примеси – до 13%.
При помощи растворителя (диметилформамида) из нее извлекается ацетилен концентрации 99,0-99,2%. Оставшаяся часть пиролизных газов используется для производства аммиака и других продуктов.
Также ацетилен получают путем разложения жидких горючих (нефть, керосин) действием электродугового разряда, который называется электропиролизом.
Пиролизный и электропиролизный ацетилена по своим свойствам является идентичным ацетилену, получаемому из карбида кальция, но дешевле на 30-40%.
Применение ацетилена
Ацетилен применяется при всех процессах газопламенной обработки металлов (газовой сварке и газовой резки), благодаря высокой температуре пламени, достигнуть которой при использовании других горючих не удается.
Для пайки, резки, наплавки, газопламенной закалки, металлизации, газопрессовой сварки, сварки цветных металлов и сплавов с успехом применяются газы-заменители ацетилена:
- пропано-бутановые смеси
- городской газ
- природные газы
- водород
- пары бензина
- пары керосина
- МАФ
- и др.
По химическому составу все они, за исключением водорода, представляют собой или соединения, или смеси различных углеводородов.
Правильный выбор и использование газов-заменителей позволяет добиться высокого качества сварки и резки, а при газовой резке металлов малых толщин дает более высокую чистоту резки.
Газовая сварка возможна при условии, что температура пламени в два раза превышает температуру плавления свариваемого металла. Поэтому газы-заменители температура пламени которых ниже, чем у ацетилена применяют для сварки металлов с температурой плавления ниже, чем у сталей
Для газовой резки выбор горючего газа основывается на его теплотворной способности, но необходимо учитывать, что газ при сгорании в смеси с кислородом должен образовывать пламя с температурой не ниже 2000°C.
Влияние примесей в ацетилене на качество сварного шва
Давайте остановимся еще на некоторых особенностях применения ацетилена при газовой сварке – влияние примесей на качество сварного шва. Вредное влияние имеют следующие примеси:
- сероводород
- фосфористый водород
Вышеуказанные примеси обязательно удаляются из ацетилена, не только из-за влияния на качество сварного шва, но также из-за пагубного влияния на органы дыхания и зрения сварщика (см. статью Взрывоопасность, ядовитость и самовоспламенение ацетилена).
Сероводород при сгорании образовывает серную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает красноломкость. Установлено, что наличие сероводорода до 0,007% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.
Определить наличие сероводорода в ацетилене довольно легко, необходимо поднести фильтровальную бумагу, смоченную в растворе хлористой ртути под струю ацетилена. При наличии сероводорода – бумага побелеет.
Процесс очистки от сероводорода тоже довольно простой – необходимо ацетилен пропустить через воду, в результате чего сероводород растворится в воде.
Фосфористый водород при сгорании образовывает фосфорную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает хладноломкость. Установлено, что наличие фосфористого водорода до 0,027% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.
Для определения наличия фосфористого водорода необходимо кусок фильтровальной бумаги, смоченный в десятипроцентном растворе азотнокислого серебра поднести под струю ацетилена. При содержании 0,01% фосфористого водорода бумага принимает отчетливую светло- желтую окраску, при содержании более 0,02% – бумага темнеет.
Химическим путем очистка ацетилена от фосфористого водорода производится путем пропускания через особую очистительную массу – гератоль. Гератоль представляет собой массу желтого цвета, которая в результате взаимодействия с фосфористым водородом приобретает зеленый цвет.
Применение ацетилена в химической отрасли
Помимо газопламенной обработки ацетилен используют в области химической промышленности в качестве основного исходного вещества для получения ряда важнейших продуктов органического синтеза: синтетического каучука, пластмасс, растворителей, уксусной кислоты и т. п. Далее мы рассмотрим, как ацетилен используется для получения тех или иных химических соединений.
Уксусный альдегид
Продуктом присоединения воды к ацетилену является уксусный альдегид. Впервые этот синтез был осуществлен М. Г. Кучеровым в 1881 г. Реакция протекает по уравнению:
HC = CH + H2O ? CH3 – CHО
Реакция проводится пропусканием ацетилена через сернокислый раствор соли окиси ртути при температуре 70-80°C.
Применение этой реакции явилось началом промышленного синтеза органических веществ с применением ацетилена в качестве исходного продукта.
Ацетон
При пропускании смеси ацетилена и паров воды в соотношении примерно 1:10 при температуре 430-450°C над цинк-ванадиевым катализатором происходит образование ацетона по уравнению:
2C2H2 + 3H2O ? CH3-CО-CH3 + CО2 + H2О
Указанный процесс нашел применение в промышленных масштабах.
Хлористый винил
При взаимодействии ацетилена с хлористым водородом при 200°C над катализатором, представляющим собой двухлористую ртуть, нанесенную на активированный уголь, образуется хлористый винил по уравнению:
C2H2 + HCl ? CH2 = CHCl
Винилацетат
C уксусной кислотой также в присутствии ртутных солей ацетилен образует винилацетат:
C2H3 + CH3COOH ? CH2 = CH-ОCО-CH3
Хлористый винил и винилацетат широко применяются при производстве пластмасс.
Винилацетилен
При пропускании ацетилена через насыщенный раствор однохлористой меди и хлористого аммония при температуре 50°C образуется винилацетилен.
Реакция протекает по уравнению:
CH ? CH + CH ? CH ? CH ? C-CH ? CH2
В результате присоединения хлороводорода к винилацетилену образуется хлоропрен, который способен к быстрой и самопроизвольной полимеризации с образованием каучука высоких технических качеств.
Химия винилацетилена нашла широкое теоретическое обобщение, что позволило значительно расширить область применения этого продукта.
При взаимодействии ацетилена со спиртами в щелочном растворе образуются простые виниловые эфиры.
Так, например, реакция между ацетиленом и этиловым спиртом протекает по уравнению:
C2H2 + C2H5OH ? H2C = CH-O-C2H5
Эта реакция была открыта А. Е. Фаворским в 1887 г.
Подводя итог всему вышенаписанному, мы установили, что ацетилен получают не только из карбида кальция, но также путем сжигания метана. При этом выяснили, что ацетилен применяют не только для газовой сварки и газовой резки, но и в химической отрасли для получения пластмасс, растворителей и т. д.
Источник
Ацетилен относится к углеводородам ненасыщенного ряда. Это соединение, а также его различные гомологи служат сырьем для синтеза большого количества химических продуктов.
Свойства и получение ацетилена
В условиях атмосферного давления и нормальной температуры ацетилен представляет собой бесцветный газ. Если температура опускается до значения -85 градусов и ниже, то это соединение переходит в другое состояние – твердое. При этом образуются кристаллы. Следует отметить, что в жидком и твердом состоянии ацетилен может легко взрываться под воздействием трения или при ударе (гидравлическом или механическом). Именно это свойство во многом обусловливает его область применения. Реакции горения ацетилена происходят в присутствии кислорода. В результате данного процесса возникает пламя, характеризующееся самыми высокими показателями температуры (3150 градусов) по сравнению с другими видами горючего.
Основным способом получения ацетилена является реакция, в которой взаимодействуют карбид кальция и вода. Данный процесс протекает при показателях температуры около 2000 градусов и является эндотермическим.
Существует такое понятие, как выход ацетилена. Это такое его количество, которое выделяется в результате разложения 1 кг карбида кальция. ГОСТ 1460-56 устанавливает конкретные значения данной величины, которая находится в прямой зависимости от степени грануляции исходного вещества. Таким образом, следствием относительно небольшого размера частиц карбида кальция является снижение выхода ацетилена.
Данная закономерность является следствием наличия в мелких частицах карбида посторонних примесей, например оксида кальция.
Существуют и другие, менее громоздкие, дорогие и энергозатратные способы получения ацетилена. Например, реакция термоокислительного пиролиза метана из природного газа; разложение нефти, керосина и других видов горючего путем электропиролиза.
Хранение и транспортировка
Все способы хранения и транспортировки предусматривают использование баллонов. Они заполняются специальной массой пористой консистенции. Ее пропитывают ацетоном, который хорошо растворяет ацетилен. Применение данного способа позволяет значительно увеличить наполняемость баллона ацетилена и, что немаловажно, понижает его взрывоопасность.
Длительное соприкосновение ацетилена с такими металлами, как медь и серебро, может привести к повышению его взрывоопасности. Следовательно, недопустимо использование материалов, которые могут содержать эти металлы, например в вентилях.
Как правило, баллоны должны иметь специальные вентили, предназначенные именно для хранения ацетилена.
Полного использования всей емкости баллона можно достигнуть, храня пустые емкости так, чтобы ацетон был распределен по всему объему баллона. А это возможно только в горизонтальном положении. Наполнение баллона должно происходить очень медленно, что важно для соблюдения условий химической реакции растворения ацетилена в ацетоне, а в частности ее скорости.
Преимущества растворенного ацетилена
Основное преимущество растворенного ацетилена перед тем, который получают с использованием переносных генераторов из карбида кальция, состоит в том, что при применении баллонов происходит повышение труда сварщика примерно на 20 %, а потери ацетилена при этом снижаются на 25 %. Также следует отметить повышение оперативности и маневренности сварочного поста, безопасность. В отличие от газа, полученного из карбида кальция, растворенный ацетилен содержит значительно меньше посторонних веществ, то есть примесей, что позволяет использовать его в особо ответственных сварочных работах.
Основные области применения ацетилена
- Сварка и резка металлов.
- Использование в качестве источника яркого, белого света. В данном случае речь идет об ацетилене, получаемом путем взаимодействия карбида кальция и воды. При этом используются автономные светильники.
- Производство взрывчатых веществ.
- Получение других соединений и материалов, которыми являются уксусная кислота, этиловый спирт, растворители, пластические массы, каучук, ароматические углеводороды.
Ацетилен: применение в строительстве и промышленности
Автогенные и сварочные работы сопровождают практически все этапы строительства. Именно в этих видах работ применяется ацетилен. В специальном устройстве под названием горелка происходит смешивание газов и непосредственно сама реакция горения. Наивысшая температура данной реакции достигается при содержании ацетилена 45 % от всего объема баллона.
Баллоны с этим газом маркируют следующим образом: окрашивают в белый цвет и большими красными буквами наносят надпись: «Ацетилен»
Строительные работы проводятся в основном на открытом воздухе. Применение ацетилена и его гомологов в этих условиях не должно проходить под воздействием прямых солнечных лучей. Небольшие перерывы должны сопровождаться перекрыванием вентилей на горелке, а длительные – перекрыванием вентилей на самих баллонах.
В химической промышленности очень востребован ацетилен. Применение его заключается в использовании данного вещества в процессе получения продуктов органического синтеза. Это синтетический каучук, пластмассы, растворители, уксусная кислота и т.д.
Ацетилен, являясь универсальным горючим, часто используется в процессах, сопровождающихся газопламенной обработкой. Важно, что применение ацетилена в промышленности возможно только при соблюдении мер безопасности, так как он является взрывоопасным газом.
Карбидные лампы
Название «карбидная лампа» обусловлено использованием в качестве источника света открытого пламени струи сжигаемого ацетилена. Он, соответственно, получен в результате взаимодействия карбида кальция с водой.
Такие лампы были широко распространены в прошлом. Их можно было увидеть на каретах, автомобилях и даже велосипедах. В современное время карбидные лампы используют только в случае острой необходимости в мощном автономном светильнике. Так, спелеологи часто пользуются ими. Отдаленные маяки снабжают именно такими лампами, ведь такой тип освещения намного выгоднее, нежели подведение линий электропередач. Достаточно распространенным является использование таких ламп на судах дальнего плавания.
Ацетилен: применение в медицине
Как используется вещество в этой сфере? Общая анестезия предполагает применение алкинов. Ацетилен является одним из тех газов, которые используются при ингаляционном наркозе. Но повсеместное его применение в этом качестве осталось в прошлом. Сейчас появились более современные и безопасные способы анестезии.
Хотя следует отметить, что и применение ацетилена не представляло большой опасности, так как прежде чем значение его концентрации во вдыхаемом воздухе дойдет до опасного предела, нижний порог горючести будет пройден.
Самым главным условием использования данного газа является соблюдение мер безопасности. Сложно переоценить, насколько опасен ацетилен. Применение его возможно только после проведения всех необходимых инструктажей с работниками различных сфер, в которых он используется.
Источник
Ацетилен (или по международной номенклатуре – этин) – это непредельный углеводород, принадлежащий к классу алкинов. Химическая формула ацетилена – C2H2. Атомы углерода в молекуле соединены тройной связью. Он является первым в своем гомологическом ряду. Представляет собой бесцветный газ. Очень огнеопасен.
Получение
Все методы промышленного получения ацетилена сходятся к двум типам: гидролиз карбида кальция и пиролиз различных углеводородов. Последний требует меньших энергозатрат, но чистота продукта довольно низкая. У карбидного метода – наоборот.
Суть пиролиза заключается в том, что метан, этан или другой легкий углеводород при нагреве до высоких температур (от 1000 °C) превращается в ацетилен с выделением водорода. Нагрев может осуществятся электрическим разрядом, плазмой или сжиганием части сырья. Но проблема состоит в том, что в результате реакции пиролиза может образовываться не только ацетилен, но и еще множество разных продуктов, от которых необходимо впоследствии избавляться.
2CH4 → C2H2 + 3H2
Карбидный метод основан на реакции взаимодействия карбида кальция с водой. Карбид кальция получают из его оксида, сплавляя с коксом в электропечах. Отсюда и такой высокий расход энергии. Зато чистота ацетилена, получаемого таким способом, крайне высока (99,9 %).
CaC2 + H2O → C2H2 + Ca(OH)2
В лаборатории ацетилен также можно получить дегидрогалогенированием дигалогенпроизводных алканов с помощью спиртового раствора щелочи.
CH2Cl-CH2Cl + 2KOH → C2H2 + 2KCl + 2H2O
Физические свойства ацетилена
Ацетилен – это газ без цвета и запаха. Хотя примеси могут давать ему чесночный запах. Практически не растворим в воде, немного растворим в ацетоне. При температуре -83,8 °C сжижается.
Химические свойства ацетилена
Исходя из тройной связи ацетилена, для него будут характерны реакции присоединения и реакции полимеризации. Атомы водорода в молекуле ацетилена могут замещаться другими атомами или группами. Поэтому можно сказать, что ацетилен проявляет кислотные свойства. Разберем химические свойства ацетилена на конкретных реакциях.
Реакции присоединения:
- Гидрирование. Осуществляется при высокой температуре и в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd). На палладиевом катализаторе возможно неполное гидрирование.
- Галогенирование. Может быть как частичным, так и полным. Идет легко даже без катализаторов или нагревания. На свету хлорирование идет с взрывом. При этом ацетилен полностью распадается до углерода.
- Присоединение к уксусной кислоте и этиловому спирту. Реакции идут только в присутствии катализаторов.
- Присоединение синильной кислоты.
CH≡CH + HCN → CH2=CH-CN
Реакции замещения:
- Взаимодействие ацетилена с металл-органическими соединениями.
CH≡CH + 2C2H5MgBr → 2C2H6 + BrMgC≡CMgBr
- Взаимодействие с металлическим натрием. Необходима температура 150 °C или предварительное растворение натрия в аммиаке.
2CH≡CH + 2Na → 2CH≡CNa + H2
- Взаимодействие с комплексными солями меди и серебра.
- Взаимодействие с амидом натрия.
CH≡CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3
Реакции полимеризации:
- Димеризация. При этой реакции две молекулы ацетилена объединяются в одну. Необходим катализатор – соль одновалентной меди.
- Тримеризация. В этой реакции три молекулы ацетилена образуют бензол. Необходим нагрев до 70 °C, давление и катализатор.
- Тетрамеризация. В результате реакции получается восьмичленный цикл – циклооктатетраен. Для этой реакции также требуется небольшой нагрев, давление и соответствующий катализатор. Обычно это комплексные соединения двухвалентного никеля.
Это далеко не все химические свойства ацетилена.
Применение
Структурная формула ацетилена указывает нам на довольно прочную связь между атомами углерода. При ее разрыве, например при горении, выделяется очень много энергии. По этой причине ацетиленовое пламя обладает рекордно высокой температурой – около 4000 °C. Его используют в горелках для сварки и резки металла, а также в ракетных двигателях.
Пламя горения ацетилена имеет также очень высокую яркость, поэтому его часто используют в осветительных приборах. Используется он и во взрывотехнике. Правда, там применяется не сам ацетилен, а его соли.
Как видно из разнообразных химический свойств, ацетилен может применяться как сырье для синтеза других важных веществ: растворителей, лаков, полимеров, синтетических волокон, пластмасс, органического стекла, взрывчатых веществ и уксусной кислоты.
Безопасность
Как уже говорилось, ацетилен – огнеопасное вещество. С кислородом или воздухом он способен образовывать крайне легковоспламеняющиеся смеси. Чтобы вызвать взрыв, достаточно одной искры от статического электричества, нагрева до 500 °C или небольшого давления. При температуре 335 °C чистый ацетилен самовоспламеняется.
Из-за этого ацетилен хранят в баллонах под давлением, которые наполнены пористым веществом (пемза, активированный уголь, асбест). Таким образом, ацетилен распределяется по порам, уменьшая риск взрыва. Часто эти поры пропитывают ацетоном, из-за чего образуется раствор ацетилена. Иногда ацетилен разбавляют другими, более инертными газами (азот, метан, пропан).
Этот газ обладает и токсичным действием. При его вдыхании начнется интоксикация организма. Признаками отравления являются тошнота, рвота, шум в ушах, головокружение. Большие концентрации могут приводить даже к потере сознания.
Источник