Acetyleen (C2H2) is een eenvoudig molecuul dat toepassingen vindt in een breed scala aan velden. De unieke eigenschappen ervan – hoge vlamtemperatuur, snelle warmteoverdracht en diverse chemische reactiviteit – maken het een waardevol materiaal voor industrieën zoals metaalbewerking en chemische productie.
1. Gebruik van acetyleen in metaalverwerking
Acetyleen vindt uitgebreide toepassingen in metaal- en materiaalverwerking omdat het een uitzonderlijk hoge vlamtemperatuur en voortplantingssnelheid heeft. Dit geeft geconcentreerde energiedichtheden en snelle warmteoverdracht naar doelwerkstukken.
Studies uitgevoerd bij Linde laten een opmerkelijke efficiëntieverhoging van 50% zien bij het gebruik van acetyleen voor extreem schuine secties vergeleken met propaan.
Een oxyacetyleenvlam vertoont een karakteristieke tweedelige structuur: een hetere primaire vlam en een omringende secundaire vlam. De piektemperatuur bevindt zich bij de primaire vlampunt, waardoor deze cruciaal is voor materiaalverwerking. De verwarmingsefficiëntie komt voort uit het gecombineerde effect van de volumetrische warmteafgifte en voortplantingssnelheid.
Warmteoverdracht tijdens het lassen vindt plaats via drie primaire mechanismen: straling, convectie en thermische geleiding. Een steile temperatuurgradiënt tussen de vlam en het werkstuk verbetert de warmteoverdracht nog verder.
Door de zuurstof-acetyleenverhouding aan te passen, zijn verschillende vlamtypen haalbaar: oxiderend, neutraal of reducerend (carboniserend). Neutrale of licht reducerende vlammen hebben de voorkeur voor het lassen van staal, aluminiumoxide en koper, terwijl oxiderende vlammen geschikt zijn voor het lassen, snijden, beitsen en oppervlakteharden van messing.
Oxyacetyleenvlammen worden gebruikt in een breed scala aan industriële processen, waaronder:
- Lassen
- Snijden
- Braseren
- Solderen
- Oppervlaktebehandeling
- Vlamspuiten
- Verwarmen
- Uitharden
- Rechttrekken
- Reiniging
- Beitsen
- Roest verwijderen
- Ontkolen
Terwijl oxyacetyleenvlammen superieure prestaties leveren, worden acetyleen-luchtvlammen af en toe gebruikt in nichetoepassingen zoals tin solderen, heteluchtlassen van thermoplasten, glasbewerking en het verwijderen van verf. Het gemak en de veiligheid van alternatieve brandstoffen zoals propaan of butaan hebben acetyleen echter grotendeels vervangen in deze gebieden.
Opvallend is dat zachtere acetyleen-luchtvlammen worden gebruikt bij zacht en hard solderen, vlamharden en vlamtemperen. Voor dergelijke toepassingen worden doorgaans Bunsen-type en acetyleen-persluchtbranders gebruikt.
2. Gebruik van acetyleen in de chemische industrie
De diverse chemische eigenschappen van acetyleen hebben het tot een waardevolle voorloper gemaakt voor talloze industrieel belangrijke producten. Figuur 1 vat deze producten en hun toepassingen samen. Tussen 1960 en 1970 werden de meeste van deze producten ervan afgeleid.
Sinds de jaren 70 is acetyleen echter vervangen door olefinen zoals ethyleen en propeen, met name bij de productie van aceetaldehyde en acrylonitril. Momenteel liggen de primaire toepassingen van acetyleen in vinylchloride, vinylacetaat en andere vinylesters; acrylzuur; acetyleenzwart; en gespecialiseerde chemicaliën zoals 1,4-butyndiol en acetyleenalcoholen.
Voor deze speciale chemicaliën blijft de acetyleenroute de enige of dominante commerciële productiemethode.
Hoewel vinylchloride, vinylacetaat en acrylzuur historisch gezien belangrijke acetyleenderivaten waren, worden ze nu in de meeste landen voornamelijk geproduceerd uit ethyleen en propeen. Interessant genoeg presenteert China een uniek geval.
Sinds 1997 is de vraag van China naar vinylchloridemonomeer met 15,9% per jaar gestegen, wat leidde tot de bouw van nieuwe op calciumcarbide gebaseerde productiefaciliteiten tussen 2008 en 2013.
China is momenteel ’s werelds grootste producent en consument van acetyleen, goed voor meer dan 80% van de wereldwijde productie.
Referentie
- Acetylene; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a01_097.pub4
