L’acetilene (C2H2) è una molecola semplice che trova applicazioni in un’ampia gamma di campi. Le sue proprietà uniche (alta temperatura di fiamma, rapido trasferimento di calore e reattività chimica diversificata) lo rendono un materiale prezioso per settori quali la lavorazione dei metalli e la produzione chimica.
1. Utilizzo dell’acetilene nella lavorazione dei metalli
L’acetilene trova ampie applicazioni nella lavorazione di metalli e materiali perché ha una temperatura di fiamma e una velocità di propagazione eccezionalmente elevate. Ciò conferisce densità di energia concentrate e rapido trasferimento di calore ai pezzi da lavorare target.
Studi condotti presso Linde rivelano un notevole aumento dell’efficienza del 50% quando si utilizza l’acetilene per sezioni oblique estreme rispetto al propano.
Una fiamma ossiacetilenica presenta una caratteristica struttura in due parti: una fiamma primaria più calda e una fiamma secondaria circostante. La temperatura di picco risiede sulla punta della fiamma primaria, rendendola fondamentale per la lavorazione dei materiali. La sua efficienza di riscaldamento deriva dall’effetto combinato del suo rilascio di calore volumetrico e della velocità di propagazione.
Il trasferimento di calore durante la saldatura avviene attraverso tre meccanismi principali: radiazione, convezione e conduzione termica. Un forte gradiente di temperatura tra la fiamma e il pezzo da lavorare migliora ulteriormente il trasferimento di calore.
Regolando il rapporto ossigeno-acetilene, è possibile ottenere diversi tipi di fiamma: ossidante, neutra o riducente (cementante). Le fiamme neutre o leggermente riducenti sono preferite per la saldatura di acciaio, allumina e rame, mentre le fiamme ossidanti sono adatte per la saldatura, il taglio, il decapaggio e l’indurimento superficiale dell’ottone.
Le fiamme ossiacetileniche sono impiegate in un’ampia gamma di processi industriali, tra cui:
- Saldatura
- Taglio
- Brasatura
- Saldatura
- Rivestimento
- Spruzzatura a fiamma
- Riscaldamento
- Tempra
- Raddrizzatura
- Pulizia
- Decapaggio
- Rimozione della ruggine
- Decarbonizzazione
Mentre le fiamme ossiacetileniche offrono prestazioni superiori, le fiamme acetilene-aria trovano occasionalmente impiego in applicazioni di nicchia come la brasatura dello stagno, la saldatura ad aria calda di materiali termoplastici, la lavorazione del vetro e la rimozione della vernice. Tuttavia, la praticità e la sicurezza di combustibili alternativi come propano o butano hanno ampiamente sostituito l’acetilene in queste aree.
In particolare, le fiamme acetilene-aria più morbide sono utilizzate nella saldatura dolce e dura, nell’indurimento a fiamma e nella tempra a fiamma. Per tali applicazioni, vengono solitamente impiegati bruciatori di tipo Bunsen e bruciatori ad aria compressa con acetilene.
2. Utilizzo dell’acetilene nell’industria chimica
Le diverse proprietà chimiche dell’acetilene lo hanno reso un prezioso precursore per numerosi prodotti di importanza industriale. La Figura 1 riassume questi prodotti e le loro applicazioni. Tra il 1960 e il 1970, la maggior parte di questi prodotti derivava da esso.
Tuttavia, a partire dagli anni ’70, l’acetilene è stato sostituito da olefine come etilene e propene, in particolare nella produzione di acetaldeide e acrilonitrile. Attualmente, le principali applicazioni dell’acetilene sono il cloruro di vinile, l’acetato di vinile e altri esteri vinilici; acido acrilico; acetilene nero; e prodotti chimici specializzati come 1,4-butynediol e alcoli acetilenici.
Per questi prodotti chimici speciali, la via dell’acetilene rimane l’unico o il metodo di produzione commerciale dominante.
Mentre il cloruro di vinile, l’acetato di vinile e l’acido acrilico erano storicamente i principali derivati dell’acetilene, ora sono prodotti prevalentemente da etilene e propene nella maggior parte dei paesi. È interessante notare che la Cina rappresenta un caso unico.
Dal 1997, la domanda di acetilene per il cloruro di vinile monomero in Cina è salita alle stelle del 15,9% all’anno, spingendo alla costruzione di nuovi impianti di produzione basati sul carburo di calcio tra il 2008 e il 2013.
Attualmente la Cina è il principale produttore e consumatore di acetilene al mondo, rappresentando oltre l’80% della produzione globale.
Riferimento
- Acetylene; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a01_097.pub4
