Acetylen (C2H2) ist ein einfaches Molekül, das in vielen Bereichen Anwendung findet. Seine einzigartigen Eigenschaften – hohe Flammentemperatur, schnelle Wärmeübertragung und vielfältige chemische Reaktivität – machen es zu einem wertvollen Material für Branchen wie die Metallverarbeitung und die chemische Produktion.
1. Verwendung von Acetylen in der Metallverarbeitung
Acetylen findet umfangreiche Anwendungen in der Metall- und Materialverarbeitung, da es eine außergewöhnlich hohe Flammentemperatur und Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweist. Dies sorgt für eine konzentrierte Energiedichte und eine schnelle Wärmeübertragung auf die Zielwerkstücke.
Studien, die bei Linde durchgeführt wurden, zeigen eine bemerkenswerte Effizienzsteigerung von 50 % bei der Nutzung Acetylen für extrem schräge Abschnitte im Vergleich zu Propan.
Eine Autogenflamme weist eine charakteristische zweiteilige Struktur auf: eine heißere Primärflamme und eine umgebende Sekundärflamme. Die Spitzentemperatur liegt an der primären Flammenspitze und ist daher für die Materialverarbeitung von entscheidender Bedeutung. Seine Heizeffizienz ergibt sich aus dem kombinierten Effekt seiner volumetrischen Wärmeabgabe und Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Die Wärmeübertragung beim Schweißen erfolgt durch drei Hauptmechanismen: Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung. Ein steiler Temperaturgradient zwischen Flamme und Werkstück verbessert die Wärmeübertragung zusätzlich.
Durch die Anpassung des Sauerstoff-zu-Acetylen-Verhältnisses sind verschiedene Flammentypen erreichbar: oxidierend, neutral oder reduzierend (aufkohlend). Neutrale oder leicht reduzierende Flammen werden zum Schweißen von Stahl, Aluminiumoxid und Kupfer bevorzugt, während oxidierende Flammen zum Schweißen, Schneiden, Beizen und Oberflächenhärten von Messing geeignet sind.
Acetylensauerstoffflammen werden in einer Vielzahl industrieller Prozesse eingesetzt, darunter:
- Schweißen
- Schneiden
- Löten
- Löten
- Oberfläche
- Flammspritzen
- Heizung
- Verhärtung
- Begradigung
- Reinigung
- Einlegen
- Rostentfernung
- Dekarbonisierung
Während Acetylen-Sauerstoffflammen eine überlegene Leistung bieten, werden Acetylen-Luft-Flammen gelegentlich in Nischenanwendungen wie Zinnlöten, Heißluftschweißen von Thermoplasten, Glasverarbeitung und Farbentfernung eingesetzt. Allerdings haben die Bequemlichkeit und Sicherheit alternativer Kraftstoffe wie Propan oder Butan Acetylen in diesen Bereichen weitgehend ersetzt.
Besonders weichere Acetylen-Luft-Flammen werden beim Weich- und Hartlöten, Flammhärten und Flammhärten verwendet. Für solche Anwendungen werden typischerweise Bunsenbrenner und Acetylen-Druckluftbrenner eingesetzt.
2. Verwendung von Acetylen in der chemischen Industrie
Die vielfältigen chemischen Eigenschaften von Acetylen haben es zu einem wertvollen Vorläufer zahlreicher industriell bedeutsamer Produkte gemacht. Abbildung 1 fasst diese Produkte und ihre Anwendungen zusammen. Zwischen 1960 und 1970 wurden die meisten dieser Produkte daraus abgeleitet.
Allerdings wurde Acetylen seit den 1970er Jahren insbesondere bei der Acetaldehyd– und Acrylnitrilproduktion durch Olefine wie Ethylen und Propen ersetzt. Derzeit liegen die Hauptanwendungen von Acetylen in Vinylchlorid, Vinylacetat und anderen Vinylestern; Acrylsäure; Acetylenruß; und Spezialchemikalien wie 1,4-Butindiol und Acetylenalkohole.
Für diese Spezialchemikalien bleibt die Acetylenroute die einzige oder dominierende kommerzielle Produktionsmethode.
Während Vinylchlorid, Vinylacetat und Acrylsäure in der Vergangenheit die wichtigsten Acetylenderivate waren, werden sie heute in den meisten Ländern überwiegend aus Ethylen und Propen hergestellt. Interessanterweise stellt China einen einzigartigen Fall dar.
Seit 1997 ist Chinas Acetylenbedarf für Vinylchloridmonomer um 15,9 % pro Jahr sprunghaft angestiegen, was zwischen 2008 und 2013 zum Bau neuer Produktionsanlagen auf Calciumcarbidbasis geführt hat.
China ist derzeit der weltweit führende Acetylenproduzent und -verbraucher und macht über 80 % der weltweiten Produktion aus.
Referenz
- Acetylene; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a01_097.pub4
