Как из метана получить ацетилен

Меры безопасности при работе с ацетиленом

• содержание ацетилена в воздухе рабочей зоны необходимо непрерывно контролировать автоматическими приборами, сигнализирующими о превышении допустимой взрывобезопасной концентрации ацетилена в воздухе, равной 0,46%;
• при работе с ацетиленовыми баллонами поблизости не должно быть открытого пламени или отопительной системы; запрещается работать с баллонами, находящимися в горизонтальном положении, с незакрепленными баллонами, с неисправными баллонами; необходимо использовать неискрящийся инструмент, освещение и электрическое оборудование только во взрывобезопасном исполнении;
• в случае обнаружения утечки ацетилена из баллона (по запаху и звуку) необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом;
• при нагреве баллон с ацетиленом может взорваться с крайне разрушительными последствиями; в случае пожара необходимо по возможности удалить из опасной зоны холодные баллоны с ацетиленом, оставшиеся баллоны постоянно охлаждать водой или специальными составами до полного остывания; при загорании ацетилена, выходящего из баллона, необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом и поливать баллон водой до полного остывания; при сильном возгорании пожаротушение необходимо производить с безопасного расстояния; при пожаротушении рекомендуется применять огнетушители с содержанием флегматизирующей концентрации азота 70% по объему, диоксида углерода 57% по объему, водяные струи, песок, сжатый азот, асбестовое полотно, токораспыленную пену и воду; при тушении сильного пожара используются огнезащитные костюмы, противогазы и т.п.

Видео

Текст

143377 Класс 121 т, 412 о, 194,сссо Е ИЗОБРЕТЕНКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ СПИ ОТО дгисные группы43 и 50. П, Карпухин ПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА ИЗ МЕТАНА И ДРУГИХ ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВв го 66584423ири Совете Миниегров ССС 1960 г влено 22 1 изобре евр ий и отирыти в очитет ио вел ии 11, Лв 24 вв 1961 Опубликов о в .,Бюллете ивоб Г) реализован ыше атмосферИзвестен способ получения ацетилена из метана в электрическом разряде под вакуумом с использованием высокотемпературного дугового разряда (1600 — 1800) и без применения в разрядном контуре конденсаторов и дросселей. При этом наряду с образованием ацетилена происходит распад его и распад метана и протекает ряд побочных реакций, преимущественно реакций, ведущих к образованию сажи.Выделение сажи в разрядной зоне существенно затрудняет работу и усложняет технологию производства ацетилена.Известна также модификация электрокрекинга природных углеводородных газов, основанная на применении тихого электрического разряда при низкой температуре. Однако по этому способу за один проход через реактор происходит лишь незначительное превращение метана н ацетилен, сопровождаемое значительным выделением сажи. В связи с этим, такой процесс проводят в серии последовательно установленных реакторов, работающих по указанному способу.В промышленном масштабе (СССР, Румыния, ФРспособ получения ацетилена из метана при давлениях вого (около 1,5 ат).Предложенный новый способ получечия ацетилена из метана и других газообразных углеводородов в электрическом разряде переменного тока при низкой температуре до 500 обладает рядом преимуществ перед вышеописанными способами и заключается в том, что, с ц,лыо получения газа с большим процентом ацетилена, не содержащего сажи, процесс проводят при атмосферном давлении в зоне электрического разряда, в котором фазовые изменения тока сглаживаются путем включения параллельно к разрядному промежутку емкости, а напряжение увеличивается за счет создания контура резонанса напряжений.143377В пред;10 кенной схеме (см. чертек) Олагодаря установке В азряд ном контуре И)ответствующей емкости и индуктивного сопротивления создаются условия для получени 51 в газовой зоне электронов с высокой энергией, что увсличивае 1 направленность реакции получения ацетилена, снижает темлературу процесса и уменьшает сажеобразование. Это повышает вь 1 Хи,р,цюцлсна и упрощает тсхнологичсску 1 о схему его получения.П р и м с р. Б стеклянный реактор М 1, снабженный двумя электродами, из которых один представляет собой металлический стержс 1 ь а второй трубку, присоединенную к ловушке, через боковые штуцеры А-А, подают тангенциально к боковой поверхности газ, содержащий метан и другие углеводороды. Одновременно на электроды подают ток Высокоп) напряжения о) трансформатора2. После возникновения газового разряда на электродах создается напряжение 10000 — -6000 в. Заданную разность потенциалов поддерживают при помощи находящихся в разрядном ко 1 пурс дросселя3 и конденсаторов4 за счет которых сглаживаются также фазовыс колебания тока. Расстояние между электродами поддерживают не менее 20 млю,При этом получают смесь газов, содержащу 1 о до 15 — 18% ацетилена; выход ацетилена 50 — 70% от теоретически возможного.В составе получаемого газа содеркится 50 в -65% водорода и О 17 до 35% непрореагировавшсго метана,1 хупрен образустся в количестве около 3% от полученного ацс 1 п лена.Предмет изоорстсни 51посоо получения ацетилена из метана и друтих газообразных углеводородов в электрическом разряде переменного тока при низкой температуре, о т л и ч а ю щ и й ся тем, что, с целью полученияазаоольшим процентом ацетилена, нс содержащего сажи, 51 роцесс п)оводят при атмосферном давлении в зоне электрического разряда в котором фазовъ 1 е измснсни 51 1 Ока сглякива 10 тся За счет ВклОчени 51 р,. ельно разрядному промежутку — емкости, а напряжение увеличивастс я за счет создания контура резонанса напряжений. д;сееепо З ср У 1г 7 сдуыс

Смотреть

Физические свойства

Рис.1. Пи-связи в молекуле ацетилена

При нормальных условиях — бесцветный газ, легче воздуха. Чистый 100 % ацетилен не обладает запахом. Технический ацетилен хранится в баллонах с пористым наполнителем, пропитанным ацетоном (т.к. чистый ацетилен при сжатии взрывается), и может содержать другие примеси, которые придают ему резкий запах. Малорастворим в воде, хорошо растворяется в ацетоне. Температура кипения −83,6 °C. Тройная точка −80,55 °C при давлении 961,5 мм рт. ст., критическая точка 35,18 °C при давлении 61,1 атм.

Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре

Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки. Для хранения ацетилена используются специальные баллоны, заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном.

Ацетилен обнаружен на Уране и Нептуне.

Применение и получение ацетилена.

Ацетилен – это один из наиболее значимых углеводородов с тройной связью. Он является первым представителем ряда ацетилена, а также бесцветным газом, который практически не растворим в воде. Молекула ацетилена имеет на два атома водорода меньше, чем в молекуле этилена, и при этом характерно образование третьей связи между атомами углерода.

Применение ацетилена:

1) может применяться в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов;

2) используется также для синтеза различных органических соединений;

3) в результате присоединения хлора к ацетилену получают растворитель – 1,1,2,2-тетрахлорэтан. Путем дальнейшей переработки тетрахлорэтана получаются другие хлорпроизводные;

4) при отщеплении хлороводорода от 1,1,2,2-тетрахлорэтана образуется трихлорэтен – растворитель высокого качества, который широко применяется при чистке одежды: СНСI = ССI₂;

5) в больших количествах ацетилен идет на производство хлорэтена, или винилхлорида, с помощью полимеризации которого получается поливинилхлорид (используется для изоляции проводов, изготовления плащей, искусственной кожи, труб и других продуктов);

6) из ацетилена получаются и другие полимеры, которые необходимы в производстве пластмасс, каучуков и синтетических волокон.

Получение ацетилена:

1) в лабораториях и промышленности ацетилен чаще всего получается карбидным способом. Если кусочки карбида кальция поместить в сосуд с водой или если воду добавлять к карбиду кальция, начинается сильное выделение ацетилена: СаС₂ + 2НОН → С₂Н₂ + Са(ОН)₂. Со стороны промышленности полимерных материалов карбидный способ является малоэффективным. Он связан с большими затратами электроэнергии на получение карбида кальция.

Особенности карбида кальция:

А) карбид кальция получают в электропечах;

Б) получается при взаимодействии извести с углеродом (коксом, антрацитом);

В) получается при температуре 2000 °С: СаО + 3С → СаС₂ + СО;

2) применяется способ получения ацетилена из более доступного химического сырья – природного газа (метана).

Особенности получения ацетилена из метана: а) если метан нагревать до высокой температуры, то он разлагается на углерод и водород; б) одним из промежуточных продуктов этой реакции становится ацетилен: 2СН₄ → 2С + 4Н₂;

В) одной из характерных черт получения ацетилена из метана являются две идеи:

– выделить его на промежуточной стадии;

– не дать ацетилену возможности разложиться на углерод и водород.

Для этого образующийся ацетилен необходимо быстро удалить из зоны высокой температуры и охладить.

Применение ацетилена

Ацетилен – это вещество, которое широко применяется в различных промышленных отраслях. Чаще всего этот газ используют при изготовлении этилового спирта в качестве основного сырья. Помимо этого, ацетилен применяют для получения определенных видов каучука, уксусной кислоты и пластмассы.

Активно используется данный газ и при проведении сварочных работ, а также при резке различных металлов. Стоит отметить, что при окислении кислородом ацетилена образуется сильное пламя. Газ является источником достаточно яркого света в светильниках автономного типа. На основе ацетилена производят взрывчатые вещества, которые в дальнейшем применяются как детонаторы.

Добавить ваш

Применение и получение ацетилена

Ацетилен – это один из наиболее значимых углеводородов с тройной связью. Он является первым представителем ряда ацетилена, а также бесцветным газом, который практически не растворим в воде. Молекула ацетилена имеет на два атома водорода меньше, чем в молекуле этилена, и при этом характерно образование третьей связи между атомами углерода.

1) может применяться в качестве горючего при газовой сварке и резке металлов;

2) используется также для синтеза различных органических соединений;

3) в результате присоединения хлора к ацетилену получают растворитель – 1,1,2,2-тетрахлорэтан. Путем дальнейшей переработки тетрахлорэтана получаются другие хлорпроизводные;

4) при отщеплении хлороводорода от 1,1,2,2-тетрахлорэтана образуется трихлорэтен – растворитель высокого качества, который широко применяется при чистке одежды: СНСI = ССI2;

5) в больших количествах ацетилен идет на производство хлорэтена, или винилхлорида, с помощью полимеризации которого получается поливинилхлорид (используется для изоляции проводов, изготовления плащей, искусственной кожи, труб и других продуктов);

6) из ацетилена получаются и другие полимеры, которые необходимы в производстве пластмасс, каучуков и синтетических волокон.

1) в лабораториях и промышленности ацетилен чаще всего получается карбидным способом. Если кусочки карбида кальция поместить в сосуд с водой или если воду добавлять к карбиду кальция, начинается сильное выделение ацетилена: СаС2 + 2НОН ? С2Н2 + Са(ОН)2. Со стороны промышленности полимерных материалов карбидный способ является малоэффективным. Он связан с большими затратами электроэнергии на получение карбида кальция.

Особенности карбида кальция:

а) карбид кальция получают в электропечах;

б) получается при взаимодействии извести с углеродом (коксом, антрацитом);

в) получается при температуре 2000 °C: СаО + 3С ? СаС2 + СО;

2) применяется способ получения ацетилена из более доступного химического сырья – природного газа (метана).

Особенности получения ацетилена из метана: а) если метан нагревать до высокой температуры, то он разлагается на углерод и водород; б) одним из промежуточных продуктов этой реакции становится ацетилен: 2СН4 ? 2С + 4Н2;

в) одной из характерных черт получения ацетилена из метана являются две идеи:

– выделить его на промежуточной стадии;

– не дать ацетилену возможности разложиться на углерод и водород.

Для этого образующийся ацетилен необходимо быстро удалить из зоны высокой температуры и охладить.

Мягкая мебель от Rival

Фабрика имеет многолетний опыт работы в производстве диванов с трансформацией, кресел, стульев, пуфов. Первая чехловая мебель была выпущена данной фирмой, благодаря чему облегчился уход за обивкой. Механизмы трансформации применяются российского (в соответствии с ГОСТ) либо франко-бельгийского производства, проходящие жесткий контроль. Гарантия на любое изделие составляет 18 месяцев.

Преимущества мебели от Rival:

• комфорт,
• привлекательный вид,
• наличие съемных чехлов, ящиков, подушек,
• присутствие качественных наполнителей, не вызывающих аллергии,
• сравнительная долговечность (сиденья, спинки, матрасы не проваливаются по истечении длительного времени),
• невысокая цена.

Недостатки:

Качество съемных чехлов не на высоте. В результате использования они стираются, сминаются и портят внешний вид модели.

Как получить ацетилен

Из метана в домашних условиях получить ацетилен очень сложно. Самый простой метод выделения данного газа – это реакция воды с карбидом кальция. Многие из вас, наверное, помнят, как бросали в лужи кусочки этого вещества и какая происходила реакция. При этом отмечалось бурное шипение. Что касается карбида кальция, то он постепенно таял, образовывая большое количество пены. Подобную реакцию можно записать так:

СаС₂+2Н₂О=С₂Н₂+Са(ОН)_2.

Многие используют технический карбид кальция, который содержит большое количество примесей. В результате этого при реакции с водой вещество выделяет неприятный запах. Возникает он из-за образования вместе с ацетиленом незначительного количества паров ядовитых газов. Чаще всего это фосфин, сероводород и так далее. Этот способ считается самым распространенным, так как получить ацетилен из метана можно только при помощи специального оборудования.

Ацетилен, формула, газ, характеристики:

Ацетилен (также – этин) – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород, состоящий из двух атомов углерода и двух атомов водорода.

Химическая формула ацетилена C₂H₂. Структурная формула ацетилена СH≡CH. Изомеров не имеет.

Строение молекулы ацетилена:

Ацетилен имеет тройную связь между атомами углерода.

Ацетилен – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако технический ацетилен содержит примеси – фосфористый водород, сероводород и пр., которые придают ему резкий запах.

Легче воздуха. Плотность по сравнению с плотностью воздуха 0,9.

Очень горючий газ. Пожаро- и взрывоопасен.

Ацетилен относится к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.

Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре

Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки. Для хранения ацетилена используются специальные баллоны, заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном. В них ацетилен хранится в виде раствора с ацетоном.

Малорастворим в воде. Очень хорошо растворяется в ацетоне. Хорошо растворяется в других органических веществах (бензине, бензоле и пр.)

Ацетилен обладает незначительным токсическим действием.

Как осуществляется крекинг

Осуществить превращения «метан — ацетилен» можно несколькими способами. В первом случае природный газ пропускают через предварительно раскаленные электроды. При этом температура может доходить до 1600 °С. После нагрева происходит быстрое охлаждение. Второй способ основан на использовании тепла, которое образуется в результате частичного сгорания ацетилена.

Уравнения реакций «метан — ацетилен» записываются следующим образом:

1. В I случае: 2СН₄ = С₂Н₂ + 3Н₂.

1. Во II случае: 6СН₄ + 4О₂ = С₂Н₂ + 8Н₂ + 3СО + СО₂ + 3Н₂О.

Специалисты не рекомендуют использовать для хранения ацетилена баллоны, оснащенные вентилями из бронзы. Ведь в состав этого сплава входит медь. Так как ацетилен химически активен, он может вступить в реакцию с металлом. В результате этого образуются взрывоопасные соли.

Получение ароматических углеводородов (аренов)

Декарбоксилирование солей ароматических карбоновых кислот

Сплавлением солей ароматических карбоновых кислот со щелочами удается получить ароматические углеводороды с меньшим числом атомов углерода в молекуле по сравнению с исходной солью:

Тримеризация ацетилена

При пропускании ацетилена при температуре 400°C над активированным углем с хорошим выходом образуется бензол:

Аналогичным способом можно получать симметричные триалкилзамещенные бензолы из гомологов ацетилена. Например:

Дегидрирование гомологов циклогексана

При действии на циклоалканы с 6-ю атомами углерода в цикле высокой температуры в присутствии платины происходит дегидрирование с образованием соответствующего ароматического углеводорода:

Дегидроциклизация

Также возможно получение ароматических углеводородов из углеводородов нециклического строения при наличии углеродной цепи с длиной в 6 или более атомов углерода (дегидроциклизация). Процесс осуществляют при высоких температурах в присутствии платины или любого другого катализатора гидрирования-дегидрирования (Pd, Ni):

Алкилирование

Получение гомологов бензола алкилированием ароматических углеводородов хлорпроизоводными алканов, алкенами или спиртами:

2. Запуск Arduino IDE

Применение метана

Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т. н. синтез-газа): CH4 + H2O → CO + 3H2, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др

 Важное производное метана — нитрометан

Автомобильное топливо

Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей. Однако плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому, если заправлять автомобиль метаном при атмосферном давлении, то для равного с бензином количества топлива понадобится бак в 1000 раз больше. Чтобы не возить огромный прицеп с топливом, необходимо увеличить плотность газа. Это можно достичь сжатием метана до 20–25 МПа (200–250 атмосфер). Для хранения газа в таком состоянии используются специальные баллоны, которые устанавливаются на автомобилях.

Метан и парниковый эффект

Метан является парниковым газом. Если степень воздействия углекислого газа на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 23 единицы. Содержание в атмосфере метана  росло очень быстро на протяжении последних двух столетий.

Сейчас среднее содержание метана CH₄ в современной атмосфере оценивается как 1,8 ppm (parts per million, частей на миллион). И, хотя это в 200 раз меньше, чем содержание в ней углекислого газа (CO₂), в расчете на одну молекулу газа парниковый эффект от метана — то есть его вклад в рассеивание и удержание тепла, излучаемого нагретой солнцем Землей — существенно выше, чем от СО₂. Кроме того, метан поглощает излучение Земли в тех «окошках» спектра, которые оказываются прозрачными для других парниковых газов. Без парниковых газов — СO₂, паров воды, метана и некоторых других примесей  средняя температура на поверхности Земли была бы всего –23°C , а сейчас она около +15°C.

Метан высачивается на дне океана через трещины земной коры, выделяется в немалом количестве при горных разработках и при сжигании лесов. Недавно обнаружен новый, совершенно неожиданный источник метана — высшие растения, но механизмы образования и значение данного процесса для самих растений пока не выяснены.

Получение ацетилена в промышленности и лаборатории. Химические реакции – уравнения получения ацетилена:

Ацетилен в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:

1. 1. действия воды на карбид кальция:

CаС₂ + H₂О → Cа(ОH)₂ + C₂H₂.

1. 2. дегидрирования метана:

2CH₄  → C₂H₂ + 3H₂ (при to > 1500 оС).

1. 3. дегидрирования этилена:

CH₂=CH₂→ СH≡CH +H₂ (kat = Pt, Ni, Al₂O₃, Cr₂O₃, to = 400-600 °C).

Ацетилен в промышленности получают следующими способами и методами:

1. 4. карбидным методом:

Сначала получают известь из карбоната кальция.

CаСО₃ → CаО + CO₂. (to = 900-1200 оС).

Затем получают карбид кальция, сплавляя оксид кальция и кокс в электропечах при температуре 2500-3000 °С.

CаО + 3С → CаС₂ + CO. (to = 2500-3000 оС).

Далее карбид кальция обрабатывают водой по известной реакции.

CаС₂ + H₂О → Cа(ОH)₂ + C₂H₂.

В итоге получается ацетилен высокой чистоты – 99,9 %.

1. 5. высокотемпературным крекингом метана:

Высокотемпературный крекинг метана осуществляется по известной реакции дегидирования метана в электродуговых печах при температуре 2000-3000 °С и напряжении между электродами 1000 В. Выход ацетилена составляет 50 %.

1. 6. различными способами пиролиза метана:

Разновидностью высокотемпературного крекинга метана являются регенеративный пиролиз (Вульф-процесс), окислительный пиролиз (Заксе-процесс или BASF-процесс), гомогенный пиролиз, пиролиз в среде низкотемпературной плазмы.

Так, в ходе регенеративного пиролиза сначала сжигают метан и разогревают насадку печи до 1350-1400 °С. Затем через разогретую насадку на доли секунды пропускают метан, в результате образуется ацетилен.

В ходе окислительного пиролиза метан смешивают с кислородом и сжигают. Образующееся тепло служит для нагрева остатка метана до 1600 °С, который дегидрирует в ацетилен. Выход ацетилена составляет 30-32 %.

В ходе гомогенного пиролиза метан и кислород сжигают в печи при температуре 2000 °С. Затем предварительно нагретый до 600 °С остаток метана пропускают через печь, в результате образуется ацетилен.

При пиролизе в среде низкотемпературной плазмы метан нагревают струей ионизированного газа (аргона или водорода).

Примеры решения задач

1. Каков объем метана, выделяющегося при гидролизе карбида алюминия массой 12.5 г.?

Запишем уравнение реакции:

Найдем количество карбида алюминия, вступающего в реакцию, по формуле , где – n количество вещества, m– масса, M – молярная масса.

Из уравнения реакции видно, что . Следовательно, количество метана равно:

Молярный объем газа Vm при нормальных условиях составляет . Следовательно, объем метана будет равен:

2. Какова масса ацетата натрия, необходимого для получения 10 л метана?

Запишем уравнение реакции:

Используя знание молярного объема газа, составим пропорцию:

Вычислим количество получаемого метана:

Из него следует, что количество ацетата натрия равно количеству метана:

Рассчитаем массу ацетата натрия по формуле m=nM.

3. Сколько граммов ацетата натрия затрачено на получение 60 г метана при выходе продукта реакции 75%?

Запишем уравнение реакции:

Выход продукта равен отношению массы вещества, полученной на практике, к массе, рассчитанной по уравнению:

Вычислим расчетную массу метана:

Рассчитаем молярные массы ацетата натрия и метана:

Уравнение показывает, что количества вещества ацетата натрия и метана равны. Вычислим их:

Вычислим массу ацетата натрия: