13.8.2.2 Производство ацетилена

Ацетилен - представитель группы важнейших сырьевых ре­сурсов для промышленности органического синтеза благодаря своей высокой химической активности и относительно мягких условий проведения реакций с его участием. Ацетилен как полу­продукт органического синтеза применяется в производстве син­тетических каучуков, пластических масс, химических волокон, растворителей и пластификаторов и др.

При горении ацетилена выделяется большое количество тепла, что обусловило его использование в кислородно-ацетиленовых горелках. Пламя в таких горелках имеет настолько высокую тем­пературу, что разрезает сталь и сваривает металлы.

В современном органическом синтезе на основе ацетилена вы­рабатывают целый ряд товарных продуктов и мономеров для по­лучения полимерных материалов, в том числе в производстве цен­ных химических волокон и пластмасс, таких как полиакрильные, поливинилхлоридные, поливинилспиртовые, полиакриламидные, полиуретановые и др. Некоторые исходные вещества для этих син­тезов получают по следующим реакциям:

СН≡СН + НСN → СН₂=СНСN - акрилонитрил

СН≡СН + НСl → СН₂=СНСl - винилхлорид

СН≡СН + 2Сl₂ → СНCl₂−СНCl₂ - тетрахлорэтан

Ацетилен в значительных количествах применяется в синтезе многих мономеров для промышленности синтетического каучука. Так, хлоропреновый каучук получают только на основе ацетилена по реакциям димеризации и гидрохлорирования:

2СН≡СН → СН₂=СН–С≡СН + НСl → СН₂=СCl–СН=СН₂

_{винилацетилен хлоропрен}

В настоящее время производ­ство ацетилена осуществляется различными способами: карбид­ным, термоокислительным пиролизом природного газа, электрокрекингом метана, плазмохимическим пиролизом углево­дородного сырья, выделением ацетилена из газов пиролиза угле­водородного сырья.

1) Карбидный способ производства ацетилена основан на реакции:

СаС₂ + 2Н₂О → СН≡СН + Са(ОН)₂

Карбид кальция представляет собой порошкообразное вещест­во серого цвета. Технический карбид кальция - это сплав СаС₂ с СаО, содержащий до 70-81 % СаС₂.

В качестве сырья в промышленном процессе получения СаС₂ используют известняк и углеродсодержащие материалы - кокс и антрацит.

Известняк обжигают в шахтных печах с использованием в ка­честве топлива кокса либо природного газа или мазута. В зоне го­рения кокса при температуре 900-1200 °С протекает реакция раз­ложения известняка:

СаСО₃ → СаО + СО₂

Полученную известь дробят на куски размером более 50 мм, более мелкие фракции отсеивают. Кокс и антрацит перед подачей в печь сушат в сушилках барабанного типа печным газом, разбав­ленным воздухом. Затем известь и кокс дозируют, смешивают в заданном соотношении и направляют в электропечь (рисунок 43). Здесь при температуре около 1900 °С протекает гетерогенная, не обратимая, эндотермическая реакция, сопровождающаяся обра­зованием карбида кальция:

СаО + 3С → СаС₂ + СО

Рисунок 43 – Закрытая карбидная печь:

1 - ванна; 2 - электроды; 3 - электрододержатель;

4 - газовые воронки

Разложение карбида кальция водой можно осуществлять по мокрому или сухому способу. Мокрый способ (карбид на во­ду) предполагает разложение карбида в избытке воды, что облегчает отвод тепла реакции, но спо­собствует образованию водной суспензии гидроксида кальция, которую сложнее транспортировать и использовать. Поэтому ча­ще для разложения карбида используют сухой метод (вода на кар­бид) с получением гидроксида кальция в виде порошкообразного продукта (пушенки), который после дегидратации снова исполь­зуется для получения карбида кальция. Поскольку это значитель­но сокращает расход известняка, сухой метод значительно эконо­мичнее мокрого.