7. Виробництво ацетилену.
Ацетилен НССН являє собою безколірний газ, який у чистому вигляді має слабкий ефірний запах; конденсується у рідину при 189,2 К (-83,8ºС). Ацетилен дає з повітрям і киснем вибухонебезпечні суміші, причому, межі вибуху дуже широкі: з повітрям від 2,0 до 11% С2Н2; з киснем – від 2,8 до 78% С2Н2.
Практичне використання достатньо велике. Оскільки ацетилен – сполука ненасичена, то його молекули легко вступають у найрізноманітніші хімічні реакції і багаточисельні сполуки, які при цьому утворюються, дають можливість виробляти велику кількість важливих для народного господарства речовин.
Виробництво ацетилену розкладом карбіду кальцію здійснюють в ацетиленових генераторах мокрим і сухим способами за рівнянням реакції:
СаС2 + 2Н2О С2Н2 + Са(ОН)2, = -127 кДж
З 1 кг технічного карбіду кальцію, який містить домішки коксу, оксиду кальцію та інші речовини, отримують 230–280 л ацетилену (це значення називають літражем карбіду). Теоретично з 1 кг чистого СаС2 повинно утворитися 380 л С2Н2.
При мокрому способі в генераторах, які працюють за принципом “карбід в воду”, подрібнений карбід кальцію рівномірно подається в генератор, який містить велику кількість води, за рахунок нагрівання якої й відводиться тепло, що виділяється при реакції.
Апаратура, яка використовується за цією схемою, і особливо комунікації для видалення шламу і циркуляції води, дуже громіздка. Крім того, великі утруднення спричиняє транспортування і використання рідкого вапняного молока, яке містить до 70% води.
При сухому способі в генераторах, які працюють за принципом “вода на карбід”, воду додають тільки у тій кількості, щоб забезпечити протікання реакції і відведення теплоти за рахунок випаровування води. У цьому способі карбід кальцію з бункеру зі шлюзовим затвором шнеком подається на верхню полицю багатополичного генератору. Необхідна кількість води подається розбризкуючим пристроєм у верхню частину генератору. Рясно змочений карбід кальцію переміщається гребками по спіралі вниз крізь отвори, улаштовані в полицях поперемінно: у центрі й на периферії. Переміщаючись з полиці на полицю, карбід кальцію одночасно перемішується і практично повністю (на 98%) перетворюється на ацетилен і Са(ОН)2. Гідроксид кальцію у вигляді сухого порошку (пушонка) через конусну частину генератору з мішалкою видаляється шнеком.
Ацетилен, що виділився, з парами води при температурі 370 К направляється у скрубер, де охолоджується до 290-300 К і звільняється від пилу. Вапняне молоко з нижньої частини скруберу безперервно відводиться у відстійник. Очищення газу від домішок РН3, NH3, H2S забезпечується промивкою водним розчином гіпохлориту з добавкою активного хлору. Потім газ висушується і направляється на подальшу переробку. Витрата електроенергії 10–11 кВтгод. на 1 кг ацетилену.
Розроблені також ефективні промислові способи отримання ацетилену з вуглеводнів.
Ацетилен з парафінів утворюється за такими оборотними ендотермічними реакціями:
СН4 С2Н2 + Н2; = 376 кДж
С2Н6 С2Н2+ 2Н2; = 311кДж
С3Н8 С2Н2 + СН4 + Н2; = 255 кДж
СН4 С + 2Н2; = 88 кДж
Рівновага реакції при підвищенні температури зміщується у бік утворення ацетилену. Високий ступінь рівноважної конверсії для метану досягається при Т>1670 К, для етану – 1170 К. Але при температурах >1680 К ацетилен і вуглеводні стають нестійкими і розкладаються на сажу й вуглець.
Реакція перетворення метану на ацетилен при прийнятих у виробництві температурах 1670 – 1770 К відбувається швидше за розклад ацетилену на елементи, тому продукти реакції швидко охолоджують, що дозволяє попередити розклад ацетилену. З тією ж метою використовують високі об’ємні швидкості газу, при яких сировина повинна знаходитись у реакційній зоні тільки тисячні частки секунди.