Mô tả
Khí Acetylene là gì?
Khí Acetylen là một loại khí không mùi, không màu và rất dễ bay hơi. Acetylen có thể được hoá lỏng, nén lại, làm nóng hay trộn với không khí, ở các dạng này khí rất dễ nổ. Vì vậy phải có biện pháp phòng ngừa đặc biệt trong quá trình sản xuất khí và vận chuyển giao nhận Acetylen.
Khí acetylen đa số được sử dụng như 1 loại nguyên liệu thô để sản xuất các hợp chất hữu cơ khác nhau. Ví dụ như tạo ra 1,4-butanediol là chất được dùng nhiều trong sản xuất nhựa polyurethane và polyester.
Ngoài ra khí Acetylen còn được dùng làm nhiên liệu khi hàn oxy-acetylen và cắt kim loại. Sản xuất ra pin khô và dùng làm rượu axetylenic, ngoài ra Acetylen còn đóng vai trò khá quan trọng để tổng hợp vitamin.
Quá trình:
Có hai quá trình sản xuất khí acetylen khác nhau gồm phản ứng ở nhiệt độ bình thường. Và 1 cách khác là một quá trình hóa học nứt nhiệt ở nhiệt độ cực cao.
Dưới đây là chi tiết từng quá trình sản xuất khí acetylen cơ bản.
Chi tiết quá trình hóa học
Phản ứng hóa học giữa cacbua canxi và nước tạo ra acetilen và lượng nhiệt đáng kể. Vì vậy cần loại bỏ bớt nhiệt để ngăn chặn việc khí Acetilen nổ bằng quá trình ướt.
Tức là dùng nước để hấp thụ nhiệt bằng cách cho cacbua canxi vào nước hoặc thêm nước vào cacbua canxi. Hoặc sử dụng quá trình khô tức là chỉ dùng lượng nước hạn chế, khi nước bốc hơi khi nó sẽ hấp thụ nhiệt.
Hầu hết các máy sản xuất axetylen công suất cao đều sử dụng băng tải vít luân chuyển để nạp vận chuyển các hạt cacbua canxi kích thước 0.08 x 0.25inch (2mm x 6mm) vào trong buồng phản ứng chứa nước. Nguyên liệu hạt được cho vào tùy theo dòng khí mong muốn sản xuất.
Điều chế khí Acetylen
Trong buồng phản ứng dung dịch hạt cacbua canxi và nước liên tục bị bộ chảo quay khuấy trộn. Điều này giúp tránh việc cháy nổ axetylen do không có hạt nào nổi trên bề mặt. Bọt khí acetylen sản sinh ra sẽ thoát lên khỏi mặt nước và được rút ra dưới áp suất thấp.
Khi khí rời khỏi buồng phản ứng sẽ được làm mát bằng nước. Việc phun nước để làm mát này cũng đồng thời bổ sung nước vào buồng phản ứng. Sau đó khí được dẫn đi qua một ngăn có chặn đèn flash hạn chế sự đánh lửa tình cờ từ các thiết bị khác của buồng.
Quá trình cracking nhiệt
Khí Acetylen cũng có thể được tạo ra từ các hydrocacbon khác nhau bằng cách tăng nhiệt cao để phá vỡ các liên kết nguyên tử (quá trình nứt nhiệt). Sau khi các nguyên tử hydrocarbon này vỡ ra sẽ tạo ra nhiều loại khí khác nhau.
Quá trình cracking nhiệt này được sử dụng để chuyển đổi dầu hoặc các khí tự nhiên sang nhiều loại chất khác nhau.
Kết quả của quá trình cracking nhiệt phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào và phương pháp nâng nhiệt. Có thể dùng hồ quang điện để làm nóng các nguyên liệu hay buồng đốt cháy,….
Sản xuất khi Acetylen tại Hoa kỳ (USA) quy trình phổ biến là sử dụng buồng đốt để đốt và đốt khí tự nhiện được diễn ra như thế nào :
Tại Hoa kỳ quy trình sản xuất khí Acetylen là làm nóng các khí tự nhiên như mê-tan ở khoảng 1.200 ° F (650°C).
Sau đó khí nóng được cho đi qua ống hẹp venturi để trộn với oxy nhằm giảm tốc độ như mong muốn tránh tạo lửa do khí nóng chảy quá nhanh hay quá chậm.
Hỗn hợp khí lúc này được chảy vào khối đốt đi qua hơn 100 kênh hẹp, khi vào mỗi kênh sẽ bị đốt cháy và tạo nhiệt lượng. Nhiệt độ khí lúc này tăng lên khoảng 2.730°F (1.500°C).
Ôxy sẽ được thêm vào trong ổ ghi thường xuyên để ổn định quá trình cháy. Các khí đốt sẽ chảy vào không gian phản ứng nằm ngay bên ngoài lò đốt, quá trình đốt cháy chỉ mất vài phần trăm giây.
Một phần ba khí mê-tan được tạo thành axetylen nơi có nhiệt độ cao, phần còn lại khó mê- tan sẽ bị đốt cháy.
Khi các ngọn Lửa cháy nhanh chóng được làm lạnh bằng xịt nước tại thời diểm chuyển đổi sang Acetylen là lớn nhất
Các khí được làm mát chứa CO và H2 chiếm phần lớn, tăng nhiệt độ các hydrocacbon nếu lượng Acetylen thấp với quá trình nứt nhiệt.
Các sản phẩm của quá trình nứt nhiệt sẽ tạo ra chất bùn cacbon, carbon dioxide, metan, Acetylen và các khí khác.
Sau đó qua máy lọc thứ 2 với dung môi N-methylpyrrolidinone có tác dụng hấp thụ khí Acetylen và rút ra ở đầu tháp với dạng khí.
Những ứng dụng đầu tiên của khí acetylen là gì ?
Chất khí acetylen được Georges Claude và A. Hess phát hiện là có thể hòa tan trong acetone để bảo quản an toàn vào năm 1897.
Sau đó vào năm 1905 Nils Dalen đã sử dụng phương pháp này cho các đèn tín hiệu, biển tín hiệu đường sắt tự động. 1 năm sau đó ông đã sáng tạo ra đuốc acetylen dùng để hàn hay cắt kim loại.
Nhu cầu và ứng dụng phát triển của khí Acetylen
Nhu cầu về khí axetylen ngày càng tăng lên do nó có thể tạo ra nhiều chất dẻo và các hóa chất hữu ích.
Nhu cầu acetylan đã đạt đỉnh điểm tại Hoa Kỳ từ năm 1965 đến năm 1970 sau đó giảm mạnh vì vật liệu chuyển đổi thay thế mới ra đời có chi phí thấp hơn. Từ đầu những năm 1980, nhu cầu khí axetylen đã tăng trưởng chậm lại với tốc độ khoảng 2-4%/năm.
Năm 1991, ở Hoa Kỳ có 8 nhà máy sản xuất axetylen với sản lượng 352 triệu lb (160 triệu kg) mỗi năm. 66% axetylen được sản xuất từ khí tự nhiên và 15% khí axetylen từ chế biến dầu mỏ, 19% sản lượng còn lại là từ cacbua canxi.
