什么是乙炔?

[拼音]：yique

[外文]：acetylene

HC呏CH 纯品为无色略带芳香气味的气体，工业品（俗称电石气）则具轻微大蒜臭。常压下不能液化，升华点 -83.8°C。易燃、易爆。是有机合成工业的重要原料，也是有特定用途的优质高热值燃料。

1892年，美国人T.L.威尔森在美国将煤焦油与石灰在碳质电极的电弧炉中反应，制得碳化钙（即电石），进而与水反应得乙炔，从此乙炔开始进入工业化生产时代。随着由乙炔合成的产品品种和数量日益增加，乙炔需求量迅速增长。20世纪20年代以后，又发展了多种从烃类裂解制乙炔的方法。1965年，碳化钙的世界产量为8.3Mt，其中62％用于制乙炔，折算乙炔量约为1.7Mt，烃制乙炔产量达到1.1Mt。以后许多乙炔化工产品可以用较低廉的乙烯为原料来制取，乙炔在有机合成工业中的需求量因而下降。1976年烃制乙炔产量降至 0.8Mt，1980年电石产量降到4.08Mt。

工业上有许多种生产乙炔的方法，按原料来源可分为两大类：

又名电石法，是最古老且迄今仍在工业上普遍应用的乙炔生产方法。它是使电石与水在乙炔发生器中作用而制得乙炔：

CaC2＋2H2O─→C2H2＋Ca(OH)2

1kg电石（含碳化钙80％）可得乙炔约 310l（常温、常压）。

工业上应用的乙炔发生器分干式和湿式两种。由于反应放热大，乙炔发生器结构的设计应能使反应热迅速移出，并防止局部过热与超温超压；电石分解应尽量完全，并避免乙炔在150°C以上发生聚合等副反应。小型发生器多用湿式，用水量为化学计量值的若干倍（1kg碳化钙加水8～20kg），排出稀石灰乳同时移出反应热。大型装置多用干式发生器，类型甚多。较多的为卧式螺旋推进型或立式塔板型。干式发生器用水量大大减少（约与所用碳化钙等重），排出的石灰渣含水≤4％，污染大为减轻，有些工厂也用大型的湿式发生器， *** 作较安全，但稀石灰灰浆的处理较麻烦。

电石为固体物料，运输方便，制得乙炔浓度很高，只需简单精制即可使用。故碳化钙法应用比较普遍，既可大规模生产，也可少量发生以用于焊接或切割。但生产电石能耗太高，发展受到限制。

碳化钙法乙炔浓度为96～98.5％，含有硫化物、磷化氢、砷化氢、氨和乙炔衍生物等杂质，此等物质能使催化剂中毒或腐蚀金属，在作为化工原料使用前常用稀硫酸、次氯酸钠溶液（氯通入稀氢氧化钠溶液）分别洗涤净化。少量的乙炔也可用干法净化，采用重铬酸盐净化剂、三氯化铁净化剂均可达到净化要求。

从天然气、轻油、原油等烃类经高温裂解都可得到乙炔。从乙炔与低碳烷烃的生成自由焓(ΔG)与温度的关系曲线（图1）

可见，在高温(930～1230°C)下始能从烃类制得乙炔；其次，从反应2CH4


C2H2+3H2－377kJ可见生成乙炔需要大量热能；另外，从热力学观点看，所有不饱和烃中乙炔在高温下最容易分解成碳和氢。这就要求工业上必须迅速给物料供热以达到高温(>930°C)，原料或反应产物在高温反应区停留时间要非常短 (10-2～10-3s)，乙炔分压要低，裂解气需急冷。工业上已开发了很多种生产方法（见表），其主要区别是高温热能的产生与传导方式不同，可大致分为直接传热的外热法、部分原料燃烧的自供热法、通过热载体间接传热的外热法。目前，工业生产使用的方法主要是电弧法和部分氧化法。

（1）电弧法 最早开发的烃制乙炔方法，以天然气或C1～C4烃作原料，裂解所需能量由电弧提供。典型的方法如建于联邦德国赫斯化学公司的年产 100kt乙炔装置。天然气切线进入乙炔炉(图2)，旋转地通过放电区；电弧温度1725°C，反应温度1480°C，反应时间约1.2ms，水淬冷至<175°C。反应气中含(体积％)乙炔15，乙烯 1，烯炔总收率约50，如用C2以上烃预淬冷，裂解气浓度（％）可达乙炔 16、乙烯7。每吨乙炔耗电39.06GJ，耗甲烷4350m3，副产氢气3800m3。电弧法共建七个厂，现仅赫斯公司及罗马尼亚的工厂继续生产。

60年代，联邦德国赫斯特公司与赫斯公司又在电弧法基础上开发了等离子技术。液态烃在2730～3730°C氢等离子流内裂解，活泼的氢离子抑制炭黑生成，故乙炔收率较高。但由于能耗高已停止生产。

（2）部分氧化法 反应所需热量来自原料烃与氧的不完全燃烧，燃烧的同时发生烃的裂解反应生成乙炔。最早由德国法本公司于40年代开发，其后出现多种不同结构的乙炔反应炉，但以该公司的部分氧化法应用最广。该法适用于天然气中甲烷的热裂解，甲烷与纯氧分别预热后混合，高速通过乙炔炉（图3）的烧嘴板，在反应区生成短火焰，另导入少量辅助氧以稳定火焰。反应时间几毫秒，在反应区出口处用水淬冷；反应区内生成炭黑要经常刮除。裂解气组成(体积％)为乙炔8、氢57、一氧化碳26等，乙炔收率24。每吨乙炔耗甲烷4.1t、氧4.9t，副产合成气8500m3。

新的改进是用烃代水淬冷至250°C，热油送至废热锅炉，用来产生蒸汽，以回收裂解气中热量，降低能耗。

烃类裂解法与碳化钙法相比，能耗较低，适于大规模生产，但裂解气中乙炔含量低(8％～16％)，并含有少量在乙炔加工中有害的杂质，如甲基乙炔、乙烯基乙炔、丙二烯及二氧化碳等，需经提浓和净化才能使用。工业上通常采用溶剂吸收分离方法，溶剂有水、丙酮、甲醇、液氨、N，N-二甲基甲酰胺、N－甲基吡咯烷酮等。裂解气经水洗降温后，用油洗或旋风除尘器或移动床焦炭吸附，脱出炭黑微粒，然后进入提浓塔（见彩图），在中压下用少量溶剂或液态烃吸收大量乙炔，乙烯同时被吸收并进一步被分离。然后二氧化碳与乙炔一起被大量循环溶剂吸收，二氧化碳进一步与乙炔分离，或用碱性溶液脱除。乙炔浓度高于99％。用作氯乙烯、醋酸乙烯酯单体的原料时，上述高浓乙炔尚需进一步用浓硫酸洗涤精制，以清除不饱和烃。

此外，赫斯特公司的高温裂解法及美国联合碳化物公司的伍尔夫蓄热炉法均为燃烧部分原料取得高温反应条件。前者高温燃烧产物与裂解原料混合进入反应室，反应得到乙炔后急冷；后者为间歇式蓄热供反应所需热量。此类工厂因技术经济问题大都于70年代停产。

乙炔火焰亮度很高， 在电灯尚未普及前大多用于工业及民用照明。乙炔在氧中燃烧时火焰温度高达3000°C，因此广泛用于焊接、切割金属。60年代以前，乙炔曾是有机合成最重要的原料，以它为原料的主要产品有氯乙烯、醋酸乙烯、乙醛、丙烯腈、丙烯酸及丙烯酸酯、氯丁二烯、异戊二烯、丁二醇等，由这些产品可进一步合成种类繁多的有机化工产品。60年代末以来，随着石油化工的发展，除丁二醇仍主要由乙炔生产外，其余品种大多以烯烃为原料生产。但是由于乙炔化学性质十分活泼，以乙炔为原料的精细化工产品的生产近年来发展很快，例如从乙炔合成γ-丁内酯、丙炔醇、甲基丁炔醇、甲基戊炔醇、丁炔二醇、二甲基己炔二醇、四氢呋喃、Ν－甲基吡咯烷酮、乙烯基醚、甲基庚烯酮等中间体，进而加工成多种医药、香料、增塑剂、表面活性剂、纺织助剂及食品添加剂、胶粘剂等。

乙炔易燃、易爆、易分解，在接触热物体、电弧或因加压而发热时，均能爆炸地分解为碳和氢。压力愈高，容器截面愈大，愈易分解。在高压及大口径管道情况下，爆炸性火焰还能沿管道延伸。乙炔在空气中的着火范围与管径大小有关：常压下内径大于50mm时为2.5％～80.0％(体积)，0.8mm时减为8％～10％。由于乙炔的不安全性，在设计存放输送乙炔的容器、管道及压缩机时都必须充分考虑乙炔分解的可能，即必须考虑压力、温度、热源、热分解时可能达到的最高压力等因素。存贮乙炔的高压容器中必须充满高孔隙度固体，并加入丙酮，利用丙酮对乙炔的高溶解度以贮存更多的乙炔并提高安全性，一般贮存压力在2074～2419kPa。向乙炔容器中送气时要注意正确选择压缩机、控制压力升高速度，注意冷却气体和除水等。

在石油化工中管式炉裂解制乙烯过程有0.2％～1％(质量)的乙炔同时生成，一般均用选择加氢催化剂转化为乙烯、乙烷。目前，用溶剂吸收乙炔供加工利用，成本太高，但若裂解原料向重质化改变时，乙炔在裂解气中含量将增加，这是乙炔的一个潜在来源。

石油价格波动，各国对煤制乙炔开始重视。英国煤炭利用研究协会 (BCURA)以含氢的氩等离子流电弧炉使煤中所含碳的20％～40％转化为乙炔；美国能源部资助的阿芙科公司氢等离子电弧炉从煤制乙炔的中间试验规模为每日10t，电弧炉容量1MW，被认为具有工业开发前途。高炉法制电石因消耗焦炭较多，还消耗纯氧，电石生产成本较高，未得到发展。80年代，研究改用粉煤代焦与石灰一同加入高炉，下部鼓入纯氧，同时得到电石与高浓度一氧化碳，经济上较有竞争力。其他国家也在进行各种煤制乙炔的研究开发工作。

参考书目

S.A.Miller，Acetylene，Its Properties，Manufacture and Uses，Ernest Benn，London，1965.R.J.Tedeschi，Acetylene-based Chemicals FromCoaland Other Natural Resources， Marcel Dekker，New York，1982.

参考文章

乙炔是危险程度非常高的气体，因此，用于溶解乙炔的易熔合金塞装置，其动作温度为（）。法律题库干法乙炔与母液水处理技术在PVC生产中的应用废水治理氧乙炔火焰喷焊的特点是什么?电气技术天然气制乙炔炭黑废水处理工艺废水治理

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