Ацетилен — это химическое вещество, углеводород, простейший алкин, имеющий химическую формулу C2H2 (C2H2), с температурой точки кипения -84°C, молярной массой 26,04 г/моль. При атмосферных условиях, ацетилен представляет собой бесцветный газ с плотностью при +20°C и абсолютном давлении 1 бар 1,097 кг/м³ (легче воздуха), плотностью при 0°C 1,1716 кг/м³, без запаха (известный запах чеснока присутствует у применяющегося в промышленности и непромышленных нелабораторных применениях ацетилена из-за примесей фосфора и сульфида водорода). Газ ацетилен мало растворим в воде, но легко растворим в ацетоне и этиловом спирте.
АЦЕТИЛЕН (синоним: этин), HC=CH. Ацетилен в обычных условиях — бесцветный газ со слабым запахом эфира, t°кип 83,8°. Малорастворим в воде, хорошо — в ацетоне. Смеси ацетилена с воздухом и кислородом взрывоопасны в широком диапазоне концентраций (с воздухом от 2 до 81 об.%, с кислородом от 2,8 до 78 об.%).
Ацетилен применяется при автогенной сварке (см.) и резке металлов, в лабораторных условиях, для синтеза многих химических продуктов: нитрила акриловой кислоты, трихлорэтилена, хлоропренового каучука, уксусного альдегида, винил хлорида и др.
Ацетилен получают из карбида кальция, нефтепродуктов, углеводородов природного газа. Карбидный ацетилен содержит ряд высокотоксичных примесей (фосфористый водород, сероводород, мышьяковистый, селенистый водород, окись углерода и т. д.), которые могут поступать в воздух производственных помещений.
Производство ацетилена из природного газа методом термоокислительного пиролиза или электрокрекинга по сравнению с карбидным методом имеет преимущество как в техникоэкономическом, так и в санитарно-гигиеническом отношении (непрерывность технологического процесса, автоматизация контроля и управления). Несмотря на это, рабочие могут иметь контакт с токсичными примесями, содержащимися в техническом ацетилене. Основной профвредностью в производстве ацетилена этим путем является диметилформамид (см.), применяемый для очистки ацетилена от примесей. Отмечается также загрязнение воздуха окисью углерода. При получении ацетилена электрокрекингом природного газа воздушная среда загрязняется смесью токсических веществ: синильной кислотой, нафталином, диметилформамидом и продуктами его гидролиза (муравьиной кислотой, диметиламином), бензолом, углеводородами.
В организм человека ацетилен поступает через дыхательные пути. В концентрациях, обычно встречающихся в производственных условиях, ацетилен не токсичен. В больших концентрациях оказывает наркотическое действие и вызывает кислородное голодание вследствие уменьшения содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. Описан случай смертельного отравления ацетиленом. На вскрытии обнаружены кровоизлияние и отек в правом легком. Возможны профессиональные интоксикации, вызванные воздействием вредных примесей к ацетилену. При изучении состояния здоровья рабочих данного производства были выявлены функциональные нарушения нервной системы.
При остром отравлении парами технического ацетилена, которое может иметь место при аварийных ситуациях на производстве, отмечаются головная боль, общая слабость, одышка, затруднение дыхания. В тяжелых случаях наблюдаются резкое возбуждение, сменяющееся маниакальным состоянием, бред, галлюцинации, потеря сознания, отсутствие реакции со стороны зрачков и их неподвижность, коматозное состояние. При выходе из коматозного состояния все клинические симптомы быстро проходят.
Первая помощь: вывести пострадавшего на свежий воздух, согреть тело грелками. При нарушении дыхания показано вдыхание кислорода в чередовании с карбогеном (через каждые 10—15 минут). При остановке дыхания следует немедленно применять искусственное дыхание. Необходимо введение масляного 20% раствора камфоры подкожно —2 мл, 10% раствора кофеина —1 мл. Рекомендуется крепкий сладкий чай, кофе. При возбуждении делать клизмы из 2% раствора хлоралгидрата (50—100 мл), внутрь — настойка валерианы по 20—30 капель, барбамил по 0,3 г на прием.
Профилактика профессиональных отравлений ацетиленом сводится к тщательной герметизации производственного оборудования, уменьшению сроков ремонтных работ, внедрению бессальниковой арматуры, оборудованию местной вытяжной вентиляции от источников загрязнения воздушной среды, замене токсичного диметилформамида водой или малотоксичным метилпирролидоном. Для защиты органов дыхания следует применять фильтрующий противогаз. Оздоровительные мероприятия регламентируются также правилами техники безопасности и производственной санитарии.
Библиография: Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, ч. 1, с. 37, Л., 1971; Житкова А. С. и Кутьин С. И. Определение ацетилена в воздухе промышленных предприятий, Завод, лаборат., т. 15, № 6, с. 674, 1949; Лебедев H.H. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза, с. 104, М., 1971; М о н-к е в и ч А. К. Гигиена труда в производстве ацетилена (электрокрекингом природного газа), Гиг. и сан., № 1, с. 24, 1967; Профессиональные болезни, под ред. А. А. Летавета, с. 265, М., 1973; J о n e s А. Т. Fatal gassing in an acetylene manufacturing plant, Arch, environm. Hlth, v. 1, p. 417, 1960.
В. С. Филатова.
Реклама
Применение ацетилена. Сварка ацетиленом
Чтобы понять, где применяется ацетилен, необходимо изучить и понять, что же это такое. Данное вещество представляет собой горючий бесцветный газ. Его химическая формула – С2Н2. Газ обладает атомной массой, равной 26,04. Он немного легче воздуха и обладает резким запахом. Получение и применение ацетилена осуществляется лишь в промышленных условиях. Получают данное вещество из карбида кальция путем разложения компонента в воде.
Чем опасен ацетилен
Применение ацетилена ограничено его необычайными свойствами. Этот газ самовоспламеняется. Происходит это при температуре 335°С, а его смесь с кислородом – при температуре от 297 до 306°С, с воздухом – при температуре от 305 до 470°С.
Стоит отметить, что ацетилен технический взрывоопасен. Это было происходит при:
Повышении температуры до 450-500°С, а также при давлении в 150-200 кПа, что равно 1,5-2 атмосферам.
Смесь ацетилена и кислорода при атмосферном давлении также опасна, если ацетилена в ней содержится 2,3-93%. Взрыв может произойти от сильного нагрева, открытого пламени и даже от искры.
При подобных же условиях происходит взрыв смеси воздуха с ацетиленом, если в ней содержится 2,2-80,7 % ацетилена.
Если газ долго соприкасается с медным или серебряным предметом, то может образоваться ацетиленистое взрывчатое серебро или же медь. Это вещество очень опасно. Взрыв может произойти от сильного удара или же в результате повышения температуры. Работать с газом следует осторожно.
Ацетилен, свойства и применение которого до конца не изучены, в результате взрыва может привести к несчастному случаю и сильнейшим разрушениям. Вот некоторые данные. При взрыве одного килограмма данного вещества выделяется в 2 раз больше тепловой энергии, чем при взрыве такого же количества тротила, а также в полтора раза больше, чем при взрыве одного килограмма нитроглицерина.
Области применения ацетилена
Ацетилен – это горючий газ, который используется при газовой сварке. Нередко его используют для кислородной резки. Стоит отметить, что температура горения смеси кислорода и ацетилена может достигать 3300°С. Благодаря этому свойству вещество чаще других используется при сварке. Ацетиленом обычно заменяют природный газ и пропан-бутан. Вещество обеспечивает производительность и высокое качество сварки.
Снабжение постов газом для резки и сварки может осуществляться от ацетиленового генератора или же от баллонов с ацетиленом. Для хранения данного вещества обычно используют емкости белого цвета. Как правило, на них присутствует надпись «Ацетилен», нанесенная красной краской. Стоит учесть, что существует ГОСТ 5457-75. Согласно данному документу для обработки металлов применяется технический растворенный ацетилен марки Б или же вещество в газообразном виде.
Сварка ацетиленом: проверка
Технология сварки данным газом достаточно проста. Однако при работе с веществом требуется терпение и внимательность. Для сварки обычно используют специальные горелки, с маркировкой 0-5. Ее выбор зависит от того, какой толщиной обладают свариваемые детали. Следует учесть, что чем больше размер горелки, тем больше расход.
Сварка ацетиленом осуществляется только после того, как оборудование будет проверено и отрегулировано. При этом следует обратить внимание на номер наконечника и номер подающей газ форсунки, которая располагается около рукоятки горелки под гайкой. Также следует проверить все уплотнения.
Применение ацетилена при сварке должно осуществляться аккуратно и в соответствии с определенными правилами. Для начала горелку следует продуть газом. Это нужно делать до тех пор, пока не появится запах ацетилена. После этого газ поджигается. При этом следует добавлять кислород, пока пламя не станет более устойчивым. Из редуктора на выходе давление ацетилена должно быть от 2 до 4 атмосфер, а кислорода – от 2 атмосфер.
Для сварки черных металлов требуется нейтральное пламя. Оно обладает четко очерченной короной и условно его можно разделить на три яркие части: ядро – ярко-голубой окрас с зеленоватым отливом, восстановленное пламя – бледно-голубого оттенка, факел пламени. Последние две зоны являются рабочими.
Перед началом работы все детали нужно очистить, а затем подогнать друг к другу. При работе с горелкой также применяют левый и правый способ. В последнем случае происходит медленное остывание шва. Присадочный материал, как правило, перемещается за горелкой. При левом способе повышается эластичность и прочность шва. В данном случае пламя направляется от места сварки. Присадочный материал следует вносить в сварочную ванну только после того, как переместится на следующую позицию горелка.
Применение ацетилена без навыков и опыта запрещено. Существует несколько правил, которые следует соблюдать при работе с веществом:
Содержание ацетилена в помещении в воздухе необходимо постоянно контролировать. Для этого следует использовать специальные автоматические приборы, которые способны оповещать о превышении концентрации газа. Этот показатель не должен быть более 0,46 %.
Области применения ацетилена совершенно разные, но чаще всего его используют при сварке. При работе с баллонами, наполненными именно этим газом, следует соблюдать осторожность. Запрещено размещать емкости вблизи открытого огня или же около отопительных систем. Помимо этого, запрещено работать с баллонами, которые находятся в горизонтальном положении, а также, если они не закреплены и неисправны.
При работе с ацетиленом следует использовать исключительно неискрящиеся инструменты, электрическое оборудование и освещение во взрывобезопасном исполнении.
Если происходит утечка ацетилена из баллона, то следует быстро закрыть вентиль емкости. Для этого можно использовать неискрящийся специальный ключ. Определить утечку можно лишь по звуку или же запаху.
Что делать, если возник пожар
Неправильное применение ацетилена может привести к печальным последствиям. Этот газ взрывается и приносит сильное разрушение. Что же делать, если возник пожар?
При возникновении пожара следует незамедлительно убрать из опасной зоны все емкости, наполненные ацетиленом. Те баллоны, которые остались, следует постоянно охлаждать обычной водой или же специальным составом. Емкости должны полностью остыть.
Если воспламенился газ, который выходит из баллона, то следует незамедлительно закрыть емкость. Для этого следует использовать неискрящийся ключ. После этого емкость необходимо остудить.
При сильном возгорании тушение огня следует осуществлять только с безопасного расстояния. В такой ситуации стоит использовать огнетушители, наполненные составом, содержащим флегматизирующую концентрацию азота 70 % по объему, также диоксид углерода 75 % по объему, песок, струи воды, сжатый азот, полотно асбестовое и так далее.
Безопасность при обращении с ацетиленовыми баллонами
Как мы уже писали на странице про ацетилен, этот газ является высоко взрывоопасным, и поставляется сжатым до давления обычно не более 17 бар, в стальных баллонах белого цвета с красной надписью, заполненных пористым материалом, игорающим роль «губки», и будучи растворенным в залитый в баллон/наполнитель ацетон.
Лица, имеющие отношение к перемещению, установке, подключению и использованию баллонов с ацетиленом, должны понимать как устройство баллонов, так и свойства содержащегося в них газа, и соблюдать все соответствующие правила обращения с ацетиленом, установленные как государственными нормативными актами, так и предписаниями технического руководства и служб технической безопасности организации. В добавление к этим нормативным актам и внутренним предписаниям, ниже мы привели краткие указания по безопасному обращению с баллонами, содержащими ацетилен:
Этот взрыв ацетилена произошел в 9:30 утра 25 июля 2007 года на заводе компании Southwest Industrial Gases в Далласе. «Вопрос не в том, взорвется ли ацетиленовое производство, а в том, когда это случится».
1. Хранить и использовать ацетиленовые баллоны следует только в вертикальном их положении, для предотвращения утечки ацетона, могущей привести к созданию взрывоопасных условий для детонации ацетилена.
2. При обращении с баллонами следует соблюдать осторожность, во избежание повреждения корпуса баллона или нарушения целостности внутреннего наполнителя. Например, в результате падения баллона может образоваться утечка из предохранительной заглушки. При образовании же вмятин на стенках баллона, внутри него может образоваться полость в пористом наполнителе, где при имеющемся в баллоне давлении может аккумулироваться и затем саморазложиться (со взрывом) ацетилен. Примите меры против опрокидывания баллонов в результате случайных толчков.
3. Держите баллоны в тени и вдали от источников тепла. Следует избегать повышения температуры стенки баллона выше +50°C, если в эксплуатационной документации, конечно, не указано иначе.
4. Оберегайте нижнюю крышку баллона от попадания влаги, в том числе и от стояния на влажной земле.
5. Никогда не храните баллоны с ацетиленом и другими горючими газами вблизи от баллонов с кислородом и другими окислителями. Отделяйте полные баллоны от пустых.
6. Используйте только регуляторы давления и предохранительные клапаны, специально предназначенные для работы с ацетиленом.
7. Перед началом эксплуатации ацетиленового оборудования проверяйте на утечки (с помощью воды и мыла) все регуляторы, клапаны, горелки, шланги, а также все стыки.
8. Не используйте ацетилен при избыточном давлении свыше 1 бар — уровне, при котором может начаться самопроизвольное разложение ацетилена, сопровождающееся взрывом.
9. При обнаружении утечки, немедленно вынесите баллон с ацетиленом на улицу и пометьте его как негерметичный. Никогда не пытайтесь остановить утечку из предохранительного клапана.
10. Когда баллон не используется или (предположительно) пуст, держите его вентили в закрытом положении.
11. По завершении использования баллона, закройте его вентиль и медленно стравите давление с регулятора давления.
12. Если на стенке ацетиленового баллона образовалась вмятина, металл вздут или имеется какой-либо другой механический дефект, обведите место дефекта краской или маркером и уведомьте поставщика газа (если баллон не Ваш) или специализированную организацию по ремонту баллонов. Не пытайтесь исправить дефект самостоятельно.
13. Для того, чтобы уменьшить унос ацетона, забор ацетилена из баллона не должен превышать 10% от вместимости баллона в час.
14. Если защитная крышка баллона снимается с трудом, не пытайтесь применить для ее снятия избыточную силу. Уведомьте Вашего поставщика газа или обратитесь в специализированную организацию.
15. Не используйте ключи на вентилях баллонов, предназначенных для вращения вручную. В случае, если вентиль поворачивается с трудом или, наоборот, проворачивается, уведомьте Вашего поставщика газа или обратитесь в специализированную организацию.
16. Не пытайтесь самостоятельно перезаправить баллон с ацетиленом — как, впрочем, и баллон с любым другим газом.
Использование ацетилена
Баллоны с газами, в т.ч. ацетиленом. Нажмите для увеличения.
Наиболее известной областью использования ацетилена является кислородно-ацетиленовая сварка. Также широко распространена кислородно-ацетиленовая резка металлов. Оба использования обусловлены чрезвычайно высокой температурой горения ацетилена. Для этих целей расходуется примерно 20% промышленно производимого в мире ацетилена. Однако, использование ацетиленовой сварки постепенно снижается по причине роста популярности электрической дуговой сварки — резка ацетиленом с кислородом, однако, остается все так же распространена.
В химической промышленности, ацетилен используется в синтезе многих органических соединений, таких как ацетальдегид и уксусная кислота.
Среди устаревших применений можно назвать использование ацетилена в качестве источника света (т.н. карбидные лампы, в которых карбид кальция CaC2 выделял ацетилен при реакции с водой, и ацетилен сжигался, использовались, например, как фары во всех первых автомобилях).
Ацетилен использовался раньше в качестве средства для общей анестезии. При этом, можно отметить, что при обращении с ацетиленом обычно не стоит особенно опасаться его физиологического воздействия: прежде, чем концентрация ацетилена во вдыхаемом воздухе достигнет опасных пределов, будет уже давно превышен нижний порог горючести (напомним, это 2,5%) — что представляет значительно более серьезную опасность.
Баллоны с ацетиленом
Ацетилен можно сжижать и отверждать, однако как в газообразном состоянии при давлении свыше примерно 7 бар, так и в жидком, и в твердом состоянии ацетилен чувствителен к ударному воздействию и взрывоопасен. Поэтому, ацетилен всегда поставляется пользователям в баллонах, растворенным в ацетоне или диметилформамиде и полностью заполненных пористым напонителем Agamassan (или AGA-massan, что расшифровывается в переводе со шведского как «состав AGA». AGA — это название шведской компании-производителя и поставщика промышленных газов, ныне подразделения компании Linde Gas, основанной в свое время изобретателем Agamassan’а Густафом Даленом. В состав Agamassan’а входя асбест, цемент, уголь и кизельгур). Как альтернатива Agamassan’у, может использоваться наполнитель на основе кизельгура или керамики/силикатной извести.
Избыточное давление в ацетиленовых баллонах составляет обычно не более 17 бар, а давление выхода из баллона — не более 1 бара, а обычно порядка 0,5 бара.
Ацетиленовые баллоны обычно снабжены как обычными предохранительными клапанами, срабатывающими при повышении давления, в том числе проходящем и изотермически, так и особыми предохранительными клапанами, срабатывающими при повышении температуры до уровня выше 100°C, выпуская ацетилен в атмосферу. Такие клапаны действуют, как плавкие вставки.
В России, ацетиленовые баллоны окрашены в белый цвет, с красной надписью «Aцетилен».
Получение ацетилена
В-основном, ацетилен получают путем неполного сгорания метана или как побочный и нежелательный продукт при получении этилена методом крэкинга углеводородов (частично этот нежелательный ацетилен каталитически гидрогенезируют в этилен). Ежегодное производство ацетилена последним способом составляет примерно 400000 тонн.
Реакции ацетилена
Ацетилен горит в концентрации в воздухе от 2,5% до 80% (и почти до 100% при определенных условиях; при концентрации 100% и совпадении некоторых условий, ацетилен может бурно, со взрывом, саморазложиться на углерод и водород), с образованием очень горячего, яркого и дымного пламени. Температура горения ацетилена в воздухе или кислороде может достигать 3300°C.
Некоторые ацетилениды, и вышеупомянутый ацетиленид серебра Ag2C2 в том числе, являются сильными и опасными в обращении взрывчатыми веществами, детонирующими при нагревании, а также от ударного воздействия. Известны случаи, когда ацетиленид серебра образовывался на стыках труб для транспортировки ацетилена, при пайке которых использовался серебряный припой.
Немецкий химик Вальтер Реппе открыл, что в присутствии металлических катализаторов ацетилен может реагировать со многими веществами, образуя промышленно значимые химические соединения. Эти реакции теперь называют его именем, реакциями Реппе.