Acetylen là gì và ứng dụng của khí Acetylen

Acetylen là một loại khí không màu, dễ bay hơi với mùi đặc biệt. Khí acetylen được hoá lỏng, nén, làm nóng, hoặc trộn với không khí, nó sẽ trở nên dễ nổ. Do đó cần phải có biện pháp phòng ngừa đặc biệt trong quá trình sản xuất và vận chuyển. Ứng dụng của khí acetylen phổ biến nhất là nguyên liệu thô để sản xuất các hóa chất hữu cơ khác nhau. Bao gồm 1,4-butanediol, được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất nhựa polyurethane và polyester. Việc ứng dụng của khí acetylen phổ biến thứ hai là làm nhiên liệu trong việc hàn oxy-acetylen và cắt kim loại. Một số hợp chất acetylen hữu ích thương mại bao gồm axetylen đen, được sử dụng trong một số loại pin khô và rượu axetylenic. Acetylen còn được sử dụng trong tổng hợp vitamin.

Khí Acetylen được phát hiện như thế nào?

Acetylen được phát hiện vào năm 1836. Khi Edmund Davy đang thử nghiệm với cacbua kali. Một trong những phản ứng hóa học của ông tạo ra một loại khí dễ bắt lửa, hiện nay được gọi là acetylen(axetylen). Năm 1859, Marcel Morren thành công tạo ra axetylen khi ông sử dụng các điện cực cacbon để tạo ra một hồ quang điện trong một bầu khí quyển của hydro. Điện hồ quang làm xói mòn các nguyên tử cacbon khỏi các điện cực và liên kết chúng với các nguyên tử hydro tạo thành các phân tử axetylen. Ông gọi đó là khí hydro hoá carbon.

Vào cuối những năm 1800, một phương pháp mới đã được phát triển để tạo acetylen. Đó là bằng cách cho phản ứng cacbua canxi với nước. Điều này tạo ra một lượng axetylen có thể được đốt trong không khí để tạo ra một ánh sáng trắng rực rỡ.

Những ứng dụng đầu tiên của khí Acetylen

Năm 1897, Georges Claude và A. Hess lưu ý rằng khí acetylen có thể được bảo quản an toàn bằng cách hòa tan nó trong acetone. Nils Dalen đã sử dụng phương pháp mới này vào năm 1905 để phát triển các đèn tín hiệu biển và tín hiệu đường sắt tự động kéo dài. Năm 1906, Dalen tiếp tục phát triển một ngọn đuốc acetylen để hàn và cắt kim loại.

Vào những năm 1920, công ty BASF của Đức đã phát triển một quy trình sản xuất axetylen từ khí tự nhiên và hydrocacbon có nguồn gốc từ dầu mỏ. Nhà máy đầu tiên đi vào hoạt động ở Đức vào năm 1940. Công nghệ này đã đến Mỹ vào đầu những năm 1950. Và nhanh chóng trở thành phương pháp chính sản xuất axetylen.

Nhu cầu và ứng dụng của Khí Acetylen

Nhu cầu axetylen tăng lên do các quy trình mới đã được phát triển để chuyển thành chất dẻo và hóa chất hữu ích. Tại Hoa Kỳ, nhu cầu đã đạt đỉnh điểm trong khoảng từ năm 1965 đến năm 1970. Sau đó giảm mạnh khi các vật liệu chuyển đổi thay thế mới có chi phí thấp được phát hiện. Kể từ đầu những năm 1980, nhu cầu về axetylen đã tăng trưởng chậm với tốc độ 2-4%/năm.

Năm 1991, có tám nhà máy ở Hoa Kỳ sản xuất axetylen. Họ sản xuất tổng cộng 352 triệu lb (160 triệu kg) Acetylen mỗi năm. Trong sản xuất này, 66% được sản xuất từ ​​khí tự nhiên và 15% từ chế biến dầu mỏ. Hầu hết khí acetylen từ hai nguồn này đều được sử dụng ở hoặc gần khu vực nơi nó được sản xuất để tạo ra các hóa chất hữu cơ khác. 19% còn lại là từ cacbua canxi. Một số axetylen từ nguồn này được sử dụng để sản xuất hóa chất hữu cơ. Và phần còn lại được các nhà sản xuất khí công nghiệp nạp vào chai áp lực cho khách hàng hàn và cắt kim loại.

Ở Tây Âu, khí thiên nhiên và dầu mỏ là nguồn chính của axetylen vào năm 1991. Trong khi cacbua canxi là nguồn chính ở Đông Âu và Nhật Bản.

Nguyên liệu Acetylen thô

Khí Acetylen là một hydrocarbon gồm hai nguyên tử cacbon và hai nguyên tử hydro. Biểu tượng hóa học của nó là C2H2. Đối với mục đích thương mại, Khí Acetylen có thể được làm từ một số nguyên liệu khác nhau tùy thuộc vào quá trình sử dụng.

Quá trình đơn giản nhất phản ứng với cacbua canxi với nước. Để sản xuất khí axetylen và dung dịch canxi cacbonat. Được gọi là vôi hydrat. Phản ứng hóa học có thể được viết là: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2.

Các quá trình khác sử dụng khí tự nhiên. Chủ yếu là khí mê-tan, hoặc một hydrocarbon dựa trên dầu mỏ như dầu thô, naphtha. Hoặc dầu bunker C làm nguyên liệu. Than cũng có thể được sử dụng. Các quy trình này sử dụng nhiệt độ cao để biến đổi nguyên liệu thô thành nhiều loại khí. Bao gồm hydro, carbon monoxide, carbon dioxide, Acetylen, và các loại khác. Phản ứng hóa học để chuyển đổi metan thành axetylen và hydro có thể được viết 2CH4 → C2H2 + 3H2. Các loại khí khác là những sản phẩm của sự đốt cháy với oxy. Để tách axetylen, nó được hòa tan trong một dung môi như nước, amoniac khan, methanol lạnh, hoặc axeton. Hoặc một số dung môi khác tùy thuộc vào quy trình.

Sản xuất khí Acetylen

Quá trình

Có hai quy trình chuyển đổi cơ bản được sử dụng để làm khí acetylen. Một là quá trình phản ứng hóa học xảy ra ở nhiệt độ bình thường. Cách khác là một quá trình nứt nhiệt, xảy ra ở nhiệt độ cực cao.

Dưới đây là những dãy điển hình của các hoạt động được sử dụng để chuyển đổi các nguyên liệu khác nhau thành axetylen theo từng quá trình cơ bản.

Quá trình phản ứng hóa học

Khí Acetylen có thể được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa cacbua canxi và nước. Phản ứng này tạo ra một lượng nhiệt đáng kể. Cần phải được loại bỏ để ngăn chặn khí Acetylen nổ. Có một số biến thể của quá trình này. Trong đó hoặc cacbua canxi được thêm vào nước hoặc nước được thêm vào cacbua canxi. Cả hai biến thể này được gọi là quá trình ướt. Vì một lượng nước dư thừa được sử dụng để hấp thụ nhiệt của phản ứng. Một biến thể thứ ba, được gọi là quá trình khô. Chỉ sử dụng một lượng nước hạn chế, sau đó sẽ bốc hơi khi nó hấp thụ nhiệt.

Hầu hết máy phát axetylen công suất cao sử dụng băng tải vít luân chuyển để nạp các hạt cacbua canxi vào buồng phản ứng. Đã được làm đầy đến một mức nhất định với nước. Các hạt này đo khoảng 0.08 x 0.25inch (2mm x 6mm). Cung cấp đủ lượng bề mặt tiếp xúc để cho phép phản ứng hoàn chỉnh. Tỷ lệ hạt được xác định bởi tốc độ dòng khí mong muốn. Và được điều khiển bằng bộ chuyển đổi áp lực trong buồng. Nếu quá nhiều khí đang được sản xuất cùng một lúc, công tắc áp suất mở ra và cắt giảm tốc độ cấp liệu.

Để đảm bảo phản ứng hoàn chỉnh

Dung dịch hạt cacbua canxi và nước liên tục bị kích động bởi một bộ chảo quay trong buồng phản ứng. Điều này cũng ngăn ngừa bất kỳ hạt nào nổi trên bề mặt. Nơi chúng có thể quá nóng và đốt cháy axetylen

Bọt khí acetylen bốc lên bề mặt và được rút ra dưới áp suất thấp. Khi nó rời khỏi buồng phản ứng, khí được làm mát bằng một giọt nước. Việc phun nước này cũng bổ sung nước vào buồng phản ứng. Để giữ phản ứng xảy ra khi bổ sung thêm cacbua canxi mới. Sau khi khí được làm mát, nó đi qua một ngăn chặn đèn flash. Để ngăn chặn bất kỳ sự đánh lửa tình cờ từ thiết bị hạ lưu của buồng.

Khi cacbua canxi phản ứng với nước, nó tạo thành bùn cacbonat canxi, chìm xuống đáy của buồng. Định kỳ phản ứng phải được dừng lại để loại bỏ các hỗn hợp này. Bùn thoát ra từ buồng và bơm vào ao nuôi, nơi mà canxi cacbonat lắng xuống và nước được rút ra. Cacbonat canxi dày đặc sau đó được sấy khô. Và bán để sử dụng làm chất xử lý nước thải công nghiệp, chất trung hòa axit. Hoặc chất điều hòa đất cho xây dựng đường.

Khí Acetylen có thể được tạo ra bởi phản ứng hóa học giữa cacbua canxi và nước. Phản ứng này tạo ra một lượng nhiệt đáng kể, cần phải được loại bỏ để ngăn chặn khí Acetylen nổ.

Quá trình cracking nhiệt

Acetylen cũng có thể được tạo ra bằng cách tăng nhiệt độ của các hydrocacbon khác nhau đến mức mà các liên kết nguyên tử của chúng vỡ, hoặc nứt. Trong quá trình nứt được biết đến như là quá trình nứt nhiệt. Sau khi các nguyên tử hydrocarbon vỡ ra, chúng có thể được chế tạo để tái tạo thành các vật liệu khác với nguyên liệu ban đầu. Quá trình này được sử dụng rộng rãi để chuyển đổi dầu hoặc khí tự nhiên sang nhiều loại hóa chất khác nhau.

Có một số biến thể của quá trình này phụ thuộc vào nguyên liệu được sử dụng và phương pháp để nâng nhiệt độ. Một số quá trình nứt sử dụng một hồ quang điện để làm nóng nguyên liệu. Trong khi một số khác sử dụng một buồng đốt cháy một phần hydrocarbon để cung cấp nhiệt. Một số axetylen được tạo ra như là một coproduct của quá trình nứt hơi được sử dụng để làm etylen.

Tại Hoa Kỳ, quy trình phổ biến nhất sử dụng buồng đốt để đốt và đốt khí tự nhiên như mô tả dưới đây.

– Khí tự nhiên, chủ yếu là khí mê-tan, được làm nóng đến khoảng 1.200 ° F (650°C).

– Nhiệt khí nóng chảy đi qua một đường ống hẹp, gọi là venturi. Nơi bơm oxy và trộn với khí nóng.

– Sự pha trộn của khí nóng và oxy đi qua một bộ khuyếch tán. Làm chậm tốc độ của nó tới tốc độ mong muốn. Điều này rất quan trọng. Nếu vận tốc quá cao, khí đến sẽ thổi ra ngọn lửa trong ổ ghi. Nếu vận tốc quá thấp, ngọn lửa có thể quay trở lại và đốt cháy khí trước khi nó đến lò đốt.

– Hỗn hợp khí chảy vào khối đốt, có chứa hơn 100 kênh hẹp. Khi khí chảy vào mỗi kênh, nó tự đốt cháy và tạo ra một ngọn lửa làm tăng nhiệt độ. Nhiệt độ khí tăng lên khoảng 2.730°F (1.500°C). Một ít oxy được thêm vào trong ổ ghi để ổn định quá trình cháy.

– Các khí đốt chảy vào không gian phản ứng ngay bên ngoài lò đốt.  Nơi có nhiệt độ cao gây ra khoảng một phần ba khí mê-tan được chuyển thành axetylen. Trong khi hầu hết phần còn lại của khí mê-tan bị đốt cháy. Toàn bộ quá trình đốt cháy chỉ mất vài phần trăm giây.

Các ngọn lửa cháy nhanh chóng được làm lạnh bằng xịt nước tại thời điểm chuyển đổi sang axetylen là lớn nhất.

Các khí được làm mát có chứa một lượng lớn carbon monoxide và hydro. Với Acetylen thấp hơn cũng có thể được tạo ra bằng cách tăng nhiệt độ của các hydrocacbon khác nhau. Đến mức mà các liên kết nguyên tử của chúng vỡ, hoặc crack. Trong cái được biết đến như là một quá trình nứt nhiệt.

Khí Acetylen cũng có thể được tạo ra bằng cách tăng nhiệt độ của các loại hydrocacbon khác nhau đến mức mà các liên kết nguyên tử của chúng vỡ ra, hoặc nứt, trong quá trình nứt nhiệt. Các chất bùn cacbon, cộng với carbon dioxide, Acetylen, metan, và các khí khác. Khí đi qua một máy lọc nước, loại bỏ rất nhiều bồ hóng cacbon. Khí này sau đó đi qua máy lọc thứ hai. Nơi nó được phun với một dung môi gọi là N-methylpyrrolidinone hấp thụ khí Acetylen. Nhưng không phải là các khí khác. Dung môi được bơm vào một tháp tách, nơi Acetylen được đun sôi ra khỏi dung môi và rút ra ở đầu tháp ở dạng khí

Lưu trữ và xử lý

Vì axetylen rất dễ bùng nổ nên phải được bảo quản và vận chuyển cẩn thận. Khi vận chuyển qua đường ống, áp suất được giữ ở mức rất thấp. Và chiều dài của đường ống rất ngắn. Trong hầu hết các hoạt động sản xuất hóa học, Khí acetylen chỉ được vận chuyển đến các nhà máy liền kề. Hoặc “qua hàng rào” như họ nói trong ngành chế biến hóa học.

Khí Acetylen được giữ trong các bình chứa đặc biệt. Các chai áp lực được làm đầy bằng chất hấp thụ, như đất diatomaceous, và một lượng nhỏ acetone. Khí Acetylen được bơm vào xi lanh với áp suất khoảng 300 psi (2,070 kPa). Ở đó nó được hòa tan trong axeton. Một khi đã tan rã, nó sẽ mất khả năng bùng nổ, làm cho nó vận chuyển an toàn. Khi van chai được mở ra, sự giảm áp lực làm cho axetylen hóa hơi trở lại và chảy qua ống nối để hàn hoặc cắt.

Kiểm soát chất lượng

Khí Acetylen Loại B có thể có tối đa 2% tạp chất. Và thường được sử dụng để hàn oxy-Acetylen và cắt kim loại. Acetylen được sản xuất theo quá trình phản ứng hóa học đạt tiêu chuẩn này.

Khí Acetylen Loại A có thể không có tạp chất hơn 0,5% và thường được sử dụng cho quy trình sản xuất hóa học. Acetylen được sản xuất theo quy trình cracking nhiệt có thể đạt tiêu chuẩn này. Hoặc có thể cần phải tinh chế thêm, tùy thuộc vào quy trình và nguyên liệu cụ thể.

Triển vọng trong ứng dụng của khí Acetylen

Ứng dụng của khí acetylen dự kiến ​​sẽ tiếp tục tăng dần trong tương lai khi các ứng dụng mới được phát triển. Một ứng dụng mới của khí acetylen là chuyển đổi axetylen thành etylen. Để sử dụng trong sản xuất một loạt các chất dẻo polyethylene. Trong quá khứ, một lượng nhỏ khí Acetylen đã được tạo ra và lãng phí như là một phần của quá trình nứt hơi để làm etylen. Một chất xúc tác mới được phát triển bởi Phillips Petroleum cho phép hầu hết axetylen này được chuyển thành ethylene để tăng sản lượng với chi phí tổng thể giảm.

Nhà cung cấp khí Acetylen

Cùng với khí SF6, khí Heli, Acetylen là một trong những sản phẩm được Vietxuangas cung cấp trên toàn quốc.

Quý khách cần tư vấn về ứng dụng của khí Acetylen vui lòng liên hệ:

Tư vấn kỹ thuật và bán hàng: Điện thoại/zalo 0902 336 426

Email  sales@kattashop.com