Газ ацетилен. Все о газе ацетилен

Жидкий

Ацетилен — ненасыщенный углеводород C 2 H 2 . Имеет тройную связь между т омами углерода, принадлежит к классу алкинов.

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах.Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. Частицы C 2 H 2 есть на Уране и Нептуне.

Химические свойства

Ацетилено-кислородное пламя(температура «ядра» 3300 °C)

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl 2 -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекулавысокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании температура пламени достигает 3300°С. Ацетилен можетполимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метаниз эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра иодновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.) :

История

Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).

Способ производства

В промышленности ацетилен часто получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.), а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400° Цельсия.

Применение

Ацетиленовая лампа

Ацетилен используют:

для сварки и резки металлов,
как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидка),
в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.

Безопасность

Поскольку ацетилен растворим в воде и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры. Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например N 2 , метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью или серебром образуется взрывчатая ацетиленистая медь или ацетиленистое серебро, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов). Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест". ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), т.к. концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100%. Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

Для процессов газопламенной обработки применяются различные горючие газы и пары жидких горючих (керосина и бензина), при сгорании которых в кислороде образуется высокотемпературное пламя. По химическому составу эти горючие, за исключением водорода, представляют собой либо углеводородные соединения, либо смеси различных углеводородов, причем в последнем случае в качестве составляющих обычно входит водород, окись углерода и негорючие примеси.

Виды горючих, их состав и основные свойства приведены в табл. 1, а данные о пределах взрываемости газовоздушных и газокислородных смесей - в табл. 2.

Преимущественное применение для газопламенной обработки получил ацетилен С 2 Н 2 , являющийся наиболее эффективным, а также универсальным горючим. Однако все большее значение, в первую очередь для процессов, не требующих нагрева металла до температуры плавления, приобретают более дешевые горючие газы, называемые заменителями ацетилена: пропан, бутан и их смеси, коксовый газ, природные и городские газы и др., а также жидкие горючие.

В нашей стране имеются богатейшие месторождения природных газов, и для широкого их использования в целях газопламенной обработки важное народнохозяйственное значение имеет дальнейшее развитие сети газопроводов и газораздаточных станций.

Степень пригодности и экономическая целесообразность применения отдельных горючих для газопламенных работ определяются в основном следующими их свойствами:

1) низшей теплотворной способностью (теплотворностью);

2) удельным весом газа;

3) скоростью воспламенения и температурой пламени;

4) теоретическим, оптимальным и рабочим соотношениями между кислородом и горючим в смеси;

5) тепловой мощностью и удельным тепловым потоком пламени;

6) удобством и безопасностью при получении, транспортировке и использовании.

Низшая теплотворность горючего Q н выражает количество тепла, выделяющегося при полном сгорании 1 м 3 или 1 кг горючего. Для чистых углеводородов и водорода она является физической константой. Для сложных газовых смесей, состав которых известен, теплотворность в ккал/м 3 (при 20° С и 760 мм рт. ст.) может быть подсчитана по формуле

Q н = 24Н 2 + 80СН 4 + +206С 3 Н 8 + 140C m H m + 28СО + 275С 4 Н 10 . (4)

В этой формуле содержание элементарных составных частей берется в объемных процентах. Символом C m H m обозначена сумма прочих высокомолекулярных углеводородов в газе. Коэффициенты перед обозначениями составных частей получены как значения 0,01 Q н для каждого элементарного горючего, причем Q н берется в ккал/м 3 .

Ниже приводятся примеры расчета теплотворности, удельного веса и потребного количества кислорода для некоторых горючих газов.

Пример 1. Пропано-бутановая смесь имеет состав: 85% С 3 Н 8 , 12% С 4 Н 10 , 3% С 2 Н 6 .

Низшая теплотворность будет равна

Q н =206·85+275·12+140·3=21230 ккал/м 3

Удельный вес газа для сложных смесей y см может быть определен по формуле

y см = (r 1 ·y 1 + r 2 ·y 2 + ... + r n ·y n)·0,01

где r 1 , r 2 , ... r n - содержание элементарных частей смеси в % об

где y 1, y 2, ... y n - удельный вес элементарных частей смеси в кг/м 3

Пример 2. Природный газ имеет состав 94% СН 4 , 1,2% С 2 Н 6 , 0,7% С 3 Н 8 , 0,4% С 4 Н 10 , 0,2% С 5 Н 12 , 3,3% N 2 , 0,2% СО 2 .

Удельный вес составляющих частей (при 20° С и 760 мм рт. ст.) УСН 4 =0,67; УС 2 Н 6 = 1,34; УС 3 Н 8 = 1,88; УС 4 Н 10 = 2,54; УС 5 Н 12 = 2,98; УN 2 = 1,16; УСО 2 = 1,84.

По формуле удельный вес газовой смеси сотавит:

y см = (94·0,67 + 1,2·1,34 + 0,7·1,88 + 0,4·2,54 + 0,2·2,98 + 3,3·1,16 + 0,2·1,84)0,01=0,717 кг/м 3

Скорость воспламенения и температура пламени для различных горючих в смеси с кислородом имеют разные значения.

Скоростью воспламенения называется скорость движущегося пламени в направлении перпендикулярном к поверхности воспламенения.

Наивысшая скорость воспламенения будет у ацетилено-кислородной смеси Uв С 2 Н 2 =12,5-13,7 м/сек. Для заменителей ацетилена эта скорость значительно ниже, например у сжатого метана Uв СН 4 =2,4-3,3 м/сек, у сжиженных газов: пропана Uв С 3 Н 8 =3,8-4,5 м/сек, у бутана Uв С 4 Н 10 =3,5-3,7 м/сек.

Большая скорость воспламенения смеси кислорода с ацетиленом создает условия для наиболее высокой температуры сварочного пламени в зоне, применяемой для расплавления металла.

Теоретическое соотношение Вmax между количеством кислорода Vк и горючего Vг , требуемое для полного сгорания, определяется элементарным составом горючего газа. Для сложных газовых смесей оно может быть определено по формуле

Вmax = Vк/Vг = 0,01 (0,5Н 2 + 2СН 4 + 5С 3 Н 8 + E(m + n/4)CmHn + 0,5СО - О 2)

Пример 3. Коксовый газ имеет состав: 59% Н 2 ; 25% СН 4 ; 2,4% С 3 Н 8 ; 7,3% СО 2 ; 2,2% СО 2 ; 0,6% О 2 ; 3,5% N 2 . Количество кислорода, необходимое для полного сгорания 1 м 3 горючего, составит

Вmax = 0,01(0,5·59 + 2·25 + 5·2,4 + 0,5·7,3 - 0,6) = 0,945 м 3

Оптимальное соотношение между количеством кислорода и горючего в смеси , т. е. такое, при котором обеспечивается наибольшая эффективная мощность пламени, всегда будет на 10-15% меньше теоретического соотношения ввиду участия в горении также кислорода воздуха, подсасываемого различными зонами пламени. Пламя при оптимальном соотношении будет иметь окислительный характер и может быть использовано лишь для процессов нагрева (резка, закалка и др.), но не для сварки.

Рабочее соотношение между кислородом и горючим газом в смеси для выполнения сварки должно быть меньше оптимального во избежание окисления, для процессов резки в целях повышения производительности - близким к оптимальному. Обычно применяемые рабочие соотношения при выполнении резки низкоуглеродистой стали близки к оптимальным и составляют:

Ацетилен = 1,15-1,3

Водород = 0,25-0,4

Метан (или природный газ) = 1,5

Коксовый газ = 0,8

Пропано-бутановая смесь = 3,5

Нефтяной газ среднего состава = 2

Сланцевый газ = 0,7

Тепловую эффективность заменителей ацетилена принято выражать посредством коэффициента замены ψ , представляющего собой отношение расхода газа-заменителя к расходу ацетилена при одинаковом тепловом воздействии на металл:

ψ=V 3 /V a

Значения коэффициентов замены для процессов I группы (сварка, пайка, разделительная резка, закалка) приведены в табл. 1. Для процессов II группы, в частности для поверхностной резки, значение коэффициентов замены в 1,5-2,5 раза больше.

АЦЕТИЛЕН

Ацетилен является основным горючим для газопламенной обработки металлов благодаря высоким теплофизическим свойствам. Он относится к группе непредельных углеводородов ряда С n Н 2n-2 .

Химическая формула его С 2 Н 2 , а структурная Н - С = С - Н. Важнейшие физические константы ацетилена следующие:

Технический ацетилен, применяемый для газопламенной обработки, в нормальных условиях представляет собой горючий бесцветный газ с резким запахом, объясняемым наличием примесей,

в частности сернистого водорода H 2 S и фосфористого водорода РН 3 , образующихся при получении ацетилена из карбида кальция в результате разложения содержащихся в нем примесей - сернистого кальция CaS и фосфористого кальция Са 3 Р 2 . Примеси повышают взрывоопасность ацетилена и делают его вредным для здоровья.

В жидком и твердом виде ацетилен в технике не применяется ввиду крайней взрывчатости.

Газообразный ацетилен также имеет склонность к взрывчатому распаду при повышенной температуре и давлении. Взрывоопасными являются и смеси ацетилена с воздухом и кислородом (см. табл. 2). Взрывчатый распад происходит в том случае, когда температура технического ацетилена, находящегося под давлением свыше 2 кгс/см 2 , превышает 500° С.

При повышении температуры ацетилена его распаду часто предшествует процесс полимеризации, т. е. соединение нескольких молекул в одну; в результате получаются другие соединения углеводородного ряда: бензол С 6 Н 6 , стирол С 8 Н 8 , нафталин C 10 H 10 и др. В присутствии катализаторов полимеризация протекает при температурах 250-300° С, причем процесс сопровождается выделением тепла, ускоряющего полимеризацию и в результате при недостаточном отводе тепла может произойти взрывчатое разложение оставшегося ацетилена. На рис. 13 приведен график границ полимеризации и взрывчатого распада ацетилена, из которого видно, что при давлении ниже 2,5 кгс/см 2 и температуре ниже 550° С в основном протекает процесс полимеризации, а при давлении свыше 1,5 кгс/см 2 и температуре свыше 570° С будет происходить взрывчатый распад ацетилена.

Взрыв ацетилена может иметь место и при температуре ниже 500° С, но в присутствии катализаторов: окиси алюминия при 490° С, медной стружки - 460° С, окиси железа - 280° С, окиси меди - 240° С. Таким образом, наиболее активными катализаторами являются окись меди и окись железа.

При длительном соприкосновении влажного ацетилена с металлической медью и ее окислами образуется ацетиленид меди СuС 2 , легко взрывающийся (в сухом виде) при перегреве, трении или ударе. По этой причине для ацетиленовой аппаратуры допускается применение сплавов меди лишь при содержании ее не более 70%.

Взрываемость ацетилена увеличивается при смешении его с газами, вступающими с ним в реакцию. Так, например, ацетилен в смеси с хлором взрывается даже под действием света. В смеси с кислородом ацетилен взрывается при атмосферном давлении, если нагреть смесь до температуры 300° С, причем содержание ацетилена в смеси может колебаться в пределах 2,8-93%. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие около 30% ацетилена и 70% кислорода.

Смеси ацетилена с воздухом взрывчаты при содержании в них ацетилена 2,2-81%. Наиболее взрывоопасны смеси, содержащие 7-13% ацетилена, остальное - воздух. При взрыве ацетилено-воздушных смесей максимальное давление взрыва в 11 -13 раз превышает величину абсолютного начального давления. Если же ацетилен смешать с газами, не вступающими с ним в реакцию, например С0 2 , N 2 , взрывоопасность его уменьшается; это свойство используется в некоторых химических процессах.

Одним из важных свойств ацетилена является хорошая его растворимость в некоторых жидкостях, в частности в ацетоне (СН 3 СОСН 3). При 20° С один объем технического ацетона растворяет около 20 объемов ацетилена при атмосферном давлении, а при избыточном давлении растворимость возрастает пропорционально давлению. Это свойство ацетилена используется для транспортировки ацетилена в баллонах, в которые в определенном количестве вводится ацетон. В воде при нормальных условиях растворяется 1,15 объема С 2 Н 2 на 1 объем Н 2 0.

Технический ацетилен получается двумя способами:

1) из карбида кальция;

2) из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти, газах от переработки угля и торфосланцев.

Для газопламенной обработки пока большее значение имеет первый (карбидный) способ, известный уже около столетия. Однако новые способы получения ацетилена все шире внедряются в промышленность, как более прогрессивные и рентабельные.

Так, энергетические к. п. д. для разных процессов получения ацетилена составляют: при карбидном способе - 56%; при процессе с электрокрекингом углеводородов - 66%; при термоокислительном процессе - 75%.

Ниже рассматривается карбидный способ получения ацетилена.

Карбид кальция СаС 2 представляет собой твердое вещество кристаллического строения с удельным весом от 2,3 до 2,53 г/см 3 в зависимости от содержания примесей. В свежем изломе карбид кальция имеет серый цвет, иногда с коричневым оттенком.

Технический карбид кальция получается в электродуговых печах при взаимодействии негашеной извести с коксом и антрацитом по эндотермической реакции:

СаО + ЗС = СаС 2 + СО - 108 ккал/г-мол. (8)

Для получения одной тонны карбида кальция расходуется 900-950 кг извести, 600 кг кокса и антрацита и затрачивается 2800-4000 квт.ч электроэнергии (для печей большой и средней мощности). Технический карбид кальция содержит до 30% примесей, переходящих в него из исходных материалов.

Средний состав технического карбида кальция (по весу) следующий: карбид кальция СаС 2 - 72,5%; известь СаО- 17,3%; окись магния MgO - 0,4%; окись железа Fe 2 0 3 и окись алюминия A1 2 O 3 - 2,5%; окись кремния Si0 2 - 2,0%; сера S - 0,3%, углерод С - 1,0%; остальные примеси - 4%.

Карбид кальция активно взаимодействует с водой, образуя ацетилен и гидрат окиси кальция (гашеную известь). Реакция имеет резко выраженный экзотермический характер и протекает по уравнению:

СаС 2 + 2Н 2 О = С 2 Н 2 + Са (ОН) 2 + 30,4 ккал/г-мол.

При разложении 1 кг СаС 2 выделяется, таким образом, около 400 ккал тепла, что требует принятия необходимых мер при получении ацетилена в генераторах для предотвращения перегрева ацетилена и связанной с этим опасности взрыва.

Теоретический выход ацетилена из карбида кальция (принимая, что СаС 2 имеет чистоту 100%) может быть определен по уравнению материального баланса, если известны молекулярные веса участвующих в реакции веществ

СаС 2 + 2Н 2 0 = С 2 Н 2 + Са (ОН) 2

64 + 36 = 26 + 74

Теоретический выход, приведенный к 20 °С и 760 мм рт. ст., составит

Vт=26/64=0,46 кг, а по объему Vт/У=0,406/1,09=0,3725 м 3 372,5 л, где 1,09 уд. вес ацетилена при 20 С.

Теоретический расход воды на 1 кг СаС 2 составляет: Qт=36,64=0,562 кг, а по объему 0,562 л.

Фактический выход ацетилена из карбида кальция значительно меньше ввиду наличия в техническом СаС 2 примесей и частичного разложения его влагой воздуха и находится в пределах 230- 300 л/кг. В табл. 3 приведен выход ацетилена из 1 кг карбида кальция в зависимости от сорта и размеров кусков (грануляции). Большинство ацетиленовых генераторов, выпускаемых в настоящее время, рассчитано на использование карбида кальция крупной грануляции 25/80.

В соответствии с дополнением к ГОСТу 1460-56, утвержденным в 1959 г., карбид кальция в кусках размером 2-8, 8-15 и 15-25 мм, а также в кусках смешанных размеров и мельче 2 мм может поставляться только с согласия потребителей. Допустимое содержание кусков других размеров в сортированном карбиде приведено в табл. 4.

Ввиду значительного теплового эффекта реакции разложения и опасности перегрева ацетилена практически на 1 кг СаС 2 в генераторах расходуют от 4 до 12 л воды. Процесс разложения карбида кальция протекает неравномерно: вначале реакция идет очень активно, с бурным выделением ацетилена, а затем скорость ее снижается, что объясняется уменьшением поверхности кусков карбида кальция и образованием на них корки извести, препятствующей доступу воды.

Скорость разложения карбида кальция зависит от его чистоты, грануляции, а также от чистоты и температуры воды. На рис. 14 приведены кривые, характеризующие скорость разложения карбида кальция в зависимости от грануляции и температуры воды.

С уменьшением размеров кусков скорость разложения возрастает, а частицы мельче 2 мм (пыль) разлагаются почти мгновенно, поэтому пыль нельзя применять в обычных генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде, так как это может привести к взрыву.

Карбид кальция хранится и транспортируется в герметично закупоренных барабанах из кровельной стали двух размеров - на 100 и 130 кг карбида.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.06.01

Введение

Ацетилен (C 2 H 2) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым эфирным запахом и сладковатым вкусом.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам (высокая температура пламени, большая теплота сгорания). Так, при разложении 1 кг ацетилена выделяется 8473,6 кДж теплоты. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Выделение тепла при сгорании ацетилена обусловлено следующими процессами:

распад ацетилена: C 2 H 2 = 2C + H 2
сгорание углерода: 2С + O 2 = 2CO, 2CO + O 2 = 2CO 2
сгорание водорода: H 2 + 1/2O 2 = H 2 O

Ацетилен легче воздуха, масса 1 м 3 ацетилена при температуре 20 °С (273 К) и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от –82,4 °С (190,6 К) до –84,0 °С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре –85 °С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы.

Технический ацетилен выпускается двух видов: растворенный и газообразный.

Технический растворенный ацетилен марки А предназначается для питания осветительных установок, технический растворенный ацетилен марки Б и технический газообразный ацетилен предназначаются в качестве горючего газа при газопламенной обработке металлов.

Технический ацетилен получают из карбида кальция путем разложения последнего водой. При этом из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фосфористого водорода, содержание более 0,7 % в ацетилене повышает взрывоопасность последнего.

Свойства ацетилена

Основные свойства ацетилена приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные свойства ацетилена

Показатель	Данные показателя
Формула	С 2 H 2
Молекулярная масса	26,038
Плотность (при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,17
Плотность (при 20 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м 3	1,09
Критическая температура, °С	35,9
Критическое давление, кгс/см 2	61,6
Температура пламени, °С	3150-3200
Температура кипения (при 760 мм рт. ст.), °С	-81,8
Температура плавления (затвердевания) (при 760 мм рт. ст.), °С	-85
Высшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	58660
Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м 3	55890
Температура самовоспламенения, °С	335
Давление самовоспламенения, МПа	0,14–0,16

По физико-химическим показателям технический ацетилен должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели технического ацетилена

Показатель	Для ацетилена
	растворенного			газообразного
	марки А	марки Б
	высшей категории качества	высшей категории качества	первой категории качества
Объемная доля ацетилена, % не менее	99,5	99,1	98,8	98,5
Объемная доля воздуха и других малорастворимых в воде газов, % не более	0,5	0,8	1,0	1,4
Объемная доля фосфористого водорода, % не более	0,005	0,02	0,05	0,08
Объемная доля сероводорода, % не более	0,002	0,005	0,05	0,05
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м 3 , не более Что соответствует температуре насыщения, °С, не выше	0,4	0,5	0,6	Не нормируется

Растворимость ацетилена

Газообразный ацетилен может растворятся во многих жидкостях. Данные о растворимости ацетилена в некоторых жидкостях при атмосферном давлении и температуре 15 °С приведены в таблице 3.

Растворимость ацетилена в жидкостях с понижением температуры увеличивается. Данные о растворимости ацетилена в ацетоне при различных температурах приведены в таблице 4.

Растворенным ацетиленом называется ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем – ацетоном. Искусственное охлаждение баллонов ускоряет процесс их наполнения. В порах пористой массы ацетилен растворен в ацетоне. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворенный ацетилен предназначен для его хранения и транспортирования.

Взрывоопасность ацетилена

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей.

Температура самовоспламенения ацетилена зависит от давления (таблица 5).

Повышение давления существенно уменьшает температуру самовоспламенения ацетилена. Частицы других веществ, присутствующие в ацетилене, увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижают температуру самовоспламенения при атмосферном давлении до следующих значений, °С (К):

железная стружка – 520 (793);
латунная стружка – 500–520 (773–793);
карбид кальция – 500 (773);
оксид алюминия – 490 (763);
медная стружка – 460 (733);
активированный уголь – 400 (673);
гидрат оксида железа (ржавчина) – 280–300 (553–573);
оксид железа – 280 (553);
оксид меди – 250 (523).

Если ацетилен медленно нагревать до температуры 700–800 °С (973–1073 К) при атмосферном давлении, то происходит его полимеризация, при которой молекулы уплотняются и образуют более сложные соединения: бензол C 6 H 6 , стирол C 8 H 8 , нафталин C 10 H 8 , толуол C 7 H 8 и др. Полимеризация всегда сопровождается выделением теплоты и при быстром нагреве ацетилена может перейти в его самовоспламенение или взрывчатый распад.

Если при сжатии ацетилена в компрессоре до давления 29 кгс/м 3 (2,9 МПа) температура при завершении этого процесса не превышает 275 °С (548 К), то воспламенения не происходит, что позволяет наполнять баллоны ацетоном с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температура, при которой начинается процесс полимеризации, понижается (рис.1).

При практическом использовании ацетилена допустим его нагрев до следующих значений температуры, °С (К):

300 (573) – при давлении 1 кгс/см 2 (0,1 МПа);
150–180 (423–453) – при 2,5 кгс/см 2 (0,25 МПа);
100 (373) – при более высоких давлениях.

Одним из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров является энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данной вещество. Значения энергии зажигания ацетилена (при нормальных условиях): с воздухом – 19 кДж; в кислородом – 0,3 кДж.

Водяной пар служит флегматизатором для ацетилена, т.е. его присутствие существенно снижает способность ацетилена к самовоспламенению при наличии случайных источников теплоты и взрывчатому распаду. Согласно действующим нормам для ацетиленовых генераторов, в которых ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное избыточное давление составляет 150 кПа, а абсолютное – 250 кПа.

При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна, если в ней содержатся 2,2 % ацетилена и более, смесь с кислородом – 2,8 % ацетилена и более (верхних пределов концентрации ацетилена для его смесей с воздухом и кислородом не существует, так как при достаточной энергии зажигания способен взрываться и чистый ацетилен).

Получение ацетилена

В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Применяется также способ производства ацетилена из природного газа (метана). Смесь метана с кислородом сжигают в специальных реакторах при температуре 1300–1500 °С. Из полученной смеси с помощью растворителя извлекается концентрированный ацетилен. Получение ацетилена промышленным способом на 30–40 % дешевле, чем из карбида калия. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальный массы растворенным в ацетоне. В таком виде потребители получают баллонный промышленный ацетилен. Свойства ацетилена не зависят от способа его получения. Остаточное давление в ацетиленовом баллоне при температуре 20 °С должно быть 0,05–0,1 МПа (0,5–1,0 кгс/см 2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа (19 кгс/см 2) при 20 °С.

Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700 дм 3 /ч.

Рассмотрим подробнее способ получения ацетилена в генераторе из карбида кальция. Карбид кальция получают путем сплавления кокса и негашеной извести в электрических дуговых печах при температуре 1900–2300 °С, при которой протекает реакция:

Ca + 3C = CaC 2 + CO

Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложницы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые кальция не должно быть более 3 % частиц размером менее 2 мм (пыль). По ГОСТу 1460-81 устанавливаются размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм.

При взаимодействии с водой карбид кальция выделяет газообразный ацетилен и образует в остатке гашеную известь, являющуюся отходом.

Реакция разложения карбида кальция водой происходит по схеме:

Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм 3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм 3 (литров). В среднем для получения 1000 дм 3 (литров) ацетилена расходуется 4,3–4,5 кг карбида кальция.

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно. Карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция. Для разложения карбидной пыли применяются генераторы специальной конструкции. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция. Применяют также от 5 до 20 дм 3 (литров) воды на 1 кг карбида кальция. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2–1 дм 3 (литра) воды. В этом процессе гашения известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой «пушонки», удаление, транспортировка и утилизация которой значительно упрощается.

Транспортирование и хранение

Технический газообразный ацетилен транспортируют по трубопроводам из стальных бесшовных труб по ГОСТ 8731 и ГОСТ 8734. Давление ацетилена в трубопроводе должно быть не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см 2). Окраска трубопроводов – по ГОСТ 14202.

Давление газа в трубопроводе должно измеряться манометром класса точности 2,5 по ГОСТ 8625, на циферблате которого должна стоять надпись «Ацетилен».

Техническим растворенным ацетиленом наполняют стальные баллоны для растворенного ацетилена с пористой массой (активным углем или литой пористой массой) и ацетиленом.

Баллоны должны быть оснащены вентилями специальных типов, предназначенными для ацетиленовых баллонов.

Давление газа в баллоне должно измеряться манометром класса точности не ниже 4 по ГОСТ 8625. Температуру газа в баллоне принимают равной температуре окружающей среды, в которой наполненный баллон должен быть выдержан не менее 8 ч.

При номинальном давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см 2) при 20 °С давление газа в баллоне в интервале температур от минус 5 до плюс 40 °С должно соответствовать указанному в таблице 6.

Таблица 6 - Давление ацетилена в баллоне в интервале температур

Температура газа, °С	Давление газа в баллоне, МПа (кгс/см 2), не более
-5	1,34 (13,4)
0	1,40 (14,0)
+5	1,50 (15,0)
+10	1,65 (16,5)
+15	1,80 (18,0)
+20	1,90 (19,0)
+25	2,15 (21,5)
+30	2,35 (23,5)
+35	2,60 (26,0)
+40	3,00 (30,0)

Остаточное давление газа в баллоне измеряют манометром класса точности 2,5 диаметром шкалы не менее 100 мм по ГОСТ 8625.

Баллоны от потребителя должны поступать с остаточным давлением, соответствующим указанному в таблице 7.

Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

По железной дороге баллоны, наполненные растворенным ацетиленом, транспортируют повагонными и мелкими отправками в крытых вагонах. При транспортировании мелкими отправками колпаки баллонов должны быть опломбированы.

Для механизации погрузочно-разгрузочных работ и укрупнения перевозок автомобильным транспортом баллоны среднего объема помещают в металлические специальные контейнеры.

При транспортировании баллонов малого объема всеми видами транспорта они должны быть дополнительно упакованы в дощатые решетчатые ящики типа VII по ГОСТ 2991. Баллоны должны укладываться в ящики горизонтально, вентилями в одну сторону с обязательными прокладками между баллонами, предохраняющими их от ударов друг о друга.

Баллоны, наполненные ацетиленом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей, по группе ОЖ 2 ГОСТ 15150.

Требования безопасности

Ацетилен – взрывоопасный газ. Взрывы ацетилена обладают большой разрушительной силой.

С воздухом образует взрывоопасную смесь с нижним концентрационным пределом воспламенения при атмосферном давлении, приведенным к температуре 25 °С, – 2,5 % (по объему) по ГОСТ 12.1.004-85.

Температура самовоспламенения 335 °С.

Давление самовоспламенения 0,14–0,16 МПа.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, поэтому категорически запрещается при изготовлении ацетиленового обо-рудования применение сплавов, содержащих более 70 % меди.

Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может увеличиться примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и возрасти при детонации чистого ацетилена в 22 раза, а при детонации ацетилено-кислородной смеси в 50 раз.

Технический ацетилен (с примесями) имеет резкий неприятный запах; длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Ацетилен обладает наркотическим действием. Отравление вызывает, главным образом, фосфористый водород, находящийся в карбидном ацетилене.

Газообразный ацетилен легче воздуха и накапливается в высших точках слабо проветриваемых помещений, где возможно образование ацетилено-воздушной смеси.

Производство ацетилена по пожарной опасности относится к категории А, по классам взрывоопасных зон – к классам В1; В1а; В1б; В1г.

Помещения ацетиленового производства должны иметь приточную и вытяжную вентиляцию.

В качестве средств пожаротушения следует использовать сжатый азот, углекислотные огнетушители, асбестовое полотно, песок.