Acetylen là một loại khí không màu có mùi đặc biệt. Khí này dễ bay hơi và dễ nổ khi tiếp xúc với không khí. Vì vậy, trong quá trình sản xuất và vận chuyển, cần phải có biện pháp phòng ngừa đặc biệt. Acetylen có nhiều ứng dụng phổ biến, nhưng hai ứng dụng chính là nguyên liệu sản xuất hóa chất hữu cơ và nhiên liệu cho việc hàn oxy-acetylen và cắt kim loại. Hơn nữa, 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 thử nghiệm với cacbua kali. Một phản ứng hóa học trong quá trình này đã tạo ra một loại khí dễ cháy, được gọi là acetylen. Năm 1859, Marcel Morren đã thành công tạo ra acetylen bằng cách sử dụng các điện cực cacbon và hydro. Quá trình này làm xói mòn các nguyên tử cacbon khỏi các điện cực và tạo thành các phân tử acetylen. Cách gọi khí này là “khí hydro hóa carbon”.
Vào cuối thập kỷ 1800, một phương pháp mới đã được phát triển để tạo acetylen bằng cách cho phản ứng giữa cacbua canxi và nước. Quá trình này tạo ra một lượng acetylen có thể được đốt trong không khí để tạo ra ánh sáng trắng rực rỡ.
Những ứng dụng đầu tiên của khí Acetylen
Vào năm 1897, Georges Claude và A. Hess đã tìm ra cách bảo quản khí acetylen bằng cách hòa tan nó trong acetone. Năm 1905, Nils Dalen đã sử dụng phương pháp này để phát triển đèn tín hiệu biển và tín hiệu đường sắt tự động kéo dài. Dalen cũng phát triển đèn hàn và cắt kim loại bằng acetylen vào năm 1906.
Trong những năm 1920, công ty BASF của Đức đã phát triển một quy trình sản xuất acetylen từ khí tự nhiên và hydrocacbon từ dầu mỏ. Công nghệ này nhanh chóng trở thành phương pháp chính để sản xuất acetylen.
Nhu cầu và ứng dụng của khí Acetylen
Nhu cầu về acetylen đã tăng lên do quá trình chuyển đổi thành chất dẻo và hóa chất hữu ích. Tại Hoa Kỳ, nhu cầu này đã đạt đỉnh vào khoảng năm 1965-1970 và sau đó giảm mạnh do sự phát hiện ra các vật liệu thay thế mới có chi phí thấp. Từ đầu những năm 1980, nhu cầu về acetylen đã tăng trưởng chậm với tốc độ khoảng 2-4% mỗi năm.
Năm 1991, có tám nhà máy ở Hoa Kỳ sản xuất acetylen với tổng sản lượng 352 triệu lb (160 triệu kg) mỗi năm. Trong đó, 66% được sản xuất từ khí tự nhiên và 15% từ chế biến dầu mỏ. Hầu hết acetylen từ hai nguồn này được sử dụng trong việc sản xuất các hóa chất hữu cơ khác. 19% còn lại được sản xuất từ cacbua canxi và sử dụng trong việc sản xuất hóa chất hữu cơ. Một số nhà sản xuất khí công nghiệp còn cung cấp acetylen đã được nạp vào chai áp lực cho khách hàng hàn và cắt kim loại.
Ở Tây Âu, khí tự nhiên và dầu mỏ là nguồn chính cung cấp acetylen vào năm 1991, trong khi ở Đông Âu và Nhật Bản, nguồn chính là cacbua canxi.
Nguyên liệu Acetylen thô
Acetylen là một hydrocarbon gồm hai nguyên tử cacbon và hai nguyên tử hydro, biểu hiện hóa học của nó là C2H2. Đối với mục đích thương mại, acetylen có thể được sản xuất từ nhiều nguyên liệu khác nhau, tùy thuộc vào quá trình sử dụng.
Quá trình đơn giản nhất là phản ứng giữa cacbua canxi và nước. Đây tạo ra acetylen và dung dịch canxi cacbonat. Quá trình này được gọi là quá trình ướt và có thể được viết như sau: CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2.
Các quy trình khác sử dụng khí tự nhiên, chủ yếu là khí metan, hoặc hydrocarbon từ dầu mỏ như dầu thô và naphtha. 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 khác nhau như hydro, carbon monoxit, carbon dioxide, acetylen và các loại khí khác. Để tách acetylen, nó được hòa tan trong một dung môi như nước, amoniac, methanol, axeton hoặc một số dung môi khác tùy thuộc vào quy trình sử dụng.
Sản xuất khí Acetylen
Có hai quy trình cơ bản được sử dụng để sản xuất khí acetylen, một là quá trình phản ứng hóa học xảy ra ở nhiệt độ bình thường và cách khác là quá trình nứt nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cực cao.
Dưới đây là các bước điển hình của mỗi quy trình sản xuất khí acetylen:
Quá trình phản ứng hóa học
Để tạo ra khí acetylen, có thể sử dụng phản ứng hóa học giữa cacbua canxi và nước. Quá trình này tạo ra một lượng nhiệt đáng kể, cần được loại bỏ để tránh nổ. Có hai biến thể của quá trình này: hoặc cacbua canxi được thêm vào nước hoặc nước được thêm vào cacbua canxi. Cả hai biến thể này đều được gọi là quá trình ướt vì sử dụng một lượng nước dư thừa để hấp thụ nhiệt. Một biến thể thứ ba, gọi là quá trình khô, chỉ sử dụng một lượng nước hạn chế và dùng nhiệt cho việc hấp thụ.
Các máy phát axetylen công suất cao sử dụng băng tải vít để nạp cacbua canxi vào buồng phản ứng. Cacbua canxi được hòa vào nước để tạo ra dung dịch hạt cacbua canxi và nước. Hạt này được kích động bởi một bộ chảo quay trong buồng phản ứng để đảm bảo phản ứng hoàn chỉnh. Trong quá trình này, bọt axetylen được tạo ra và rút ra dưới áp suất thấp. Sau khi làm mát bằng nước, axetylen được chuyển qua một đèn flash để ngăn chặn sự đánh lửa và sau đó được sử dụng để hàn hoặc cắt kim loại.
Quá trình nứt nhiệt
Acetylen cũng có thể được tạo ra bằng cách tăng nhiệt độ của hydrocacbon đến mức các liên kết nguyên tử bị vỡ, hoặc nứt. Quá trình này được gọi là quá trình nứt nhiệt và thường được sử dụng để chuyển đổi dầu hoặc khí tự nhiên thành các chất hóa học khác.
Ở Hoa Kỳ, một quá trình phổ biến sử dụng buồng đốt để đốt và đốt khí tự nhiên như sau:
- Khí tự nhiên, chủ yếu là khí metan, được làm nóng lên đến khoảng 1.200 °F (650°C).
- Khí nóng chảy đi qua một ống hẹp, gọi là venturi, nơi oxy được bơm vào và trộn với khí nóng.
- Hỗn hợp khí nóng và oxy chảy qua một bộ khuyếch tán để giảm tốc độ chảy. Điều này quan trọng vì nếu tốc độ quá cao, khí sẽ thổi ra ngọn lửa trong ổ ghi. Nếu tốc độ 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 với 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 ổ ghi để ổn định quá trình cháy.
- Khí đốt chảy vào không gian phản ứng bên ngoài lò đốt, nơi có nhiệt độ cao gây ra một phần ba khí metan chuyển thành axetylen. Trong khi hầu hết phần còn lại của khí metan bị đốt cháy. Các ngọn lửa nhanh chóng được làm lạnh bằng xịt nước trong quá trình chuyển đổi thành axetylen, và khí acetylen được tách ra.
Lưu trữ và xử lý
Bản chất dễ nổ của acetylen yêu cầu 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 đường ống rất ngắn. Trong hầu hết các hoạt động sản xuất hóa chất, acetylen chỉ được vận chuyển đến những nhà máy gần khu vực sản xuất.
Khí acetylen được giữ trong các chai áp lực đặc biệt được làm đầy bằng chất hấp thụ như đất diatomaceous và một lượng nhỏ acetone. Khí được bơm vào xi lanh với áp suất khoảng 300 psi (2.070 kPa) và hòa tan trong axeton. Khi van chai được mở, áp suất giảm dẫn đến hơi acetylen trở lại và chảy qua ống nối để hàn hoặc cắt.
Kiểm soát chất lượng
Khí acetylen Loại B có thể chứa tối đa 2% tạp chất và thường được sử dụng cho việc hàn oxy-acetylen và cắt kim loại. Khí acetylen Loại A có thể không chứa tạp chất nhiều hơn 0,5% và thường được sử dụng cho quy trình sản xuất hóa chất. Acetylen được sản xuất theo các quy trình hóa học và nứt nhiệt để đáp ứng các tiêu chuẩn này.
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 acetylen thành etylen, để sử dụng trong sản xuất chất dẻo polyethylene. Một chất xúc tác mới đã được phát triển để tăng hiệu suất chuyển đổi acetylen thành etylen và giảm chi phí sản xuất.
Nhà cung cấp khí Acetylen
Nếu quý khách cần tư vấn về ứng dụng của khí acetylen, vui lòng liên hệ đến Dnulib qua điện thoại/zalo 0902 336 426 hoặc email sales@dnulib.edu.vn.
Dnulib.edu.vn – Dnulib
