Acetilene
L’ acetilene è il nome d’uso dell’etino, alchino a due atomi di carbonio di formula HC≡CH; è un composto insaturo che presenta due siti di insaturazione e dà luogo a numerose reazioni. Si presenta gassoso a temperatura ambiente ed è estremamente infiammabile. E’ noto per il suo uso nella lampada ad acetilene che veniva usata un tempo dai minatori: l’acetilene veniva generato in situ dalla reazione del carburo di calcio con acqua.
L’acetilene è ottenuto attraverso due vie sintetiche totalmente diverse essendo la prima basata appunto tra la reazione di carburo di calcio con acqua e la seconda per decomposizione termica di idrocarburi. Quest’ultimo metodo è andato via via prevalendo a livello industriale.
Produzione
Da carburo
L’acqua e il carburo di calcio reagiscono secondo la seguente reazione esotermica:
CaC2 + 2 H2O → HC≡CH + Ca(OH)2
A seconda dei rapporti tra i reagenti si distinguono due metodi: a umido e a secco. Nei generatori a umido il carburo di calcio viene alimentato con un forte eccesso di acqua e la temperatura viene mantenuta al di sotto dei 75°C. Nel secondo tipo di generatori l’alimentazione di acqua è regolata in modo che l’eccesso si allontani come vapore insieme all’acetilene prodotto. Il prodotto grezzo ottenuto con questi processi ha una purezza generalmente superiore al 99%.
Da idrocarburi
I processi di produzione di derivazione petrolchimica hanno favorito l’espansione produttiva dell’acetilene e dei suoi derivati. La sintesi dell’acetilene da idrocarburi basata schematicamente sulla reazione:
2 CH4 → HC≡CH + 3 H2
richiede la soluzione dei seguenti problemi:
a) Fornire il calore necessario affinché la reazione possa decorrere
b) Raffreddare bruscamente i prodotti di reazione per evitare la rapida decomposizione dell’acetilene
c) Separazione dell’acetilene dalla miscela di reazione
I processi che sono stati via via definiti sviluppano in modo diverso queste problematiche.
Processo ad arco
Nel processo ad arco le elevate temperature necessarie sono raggiunte grazie ad un arco voltaico mentre il rapido raffreddamento è ottenuto con l’introduzione di un idrocarburo a bassa temperatura che raffredda i prodotti di reazione e dà origine ad altro acetilene. Il processo, rispetto a quando fu attuato per la prima volta dalla Hüls in Germania, è stato migliorato modificando la camera di reazione per evitare la formazione di carbone. La carica di alimentazione può essere metano, gas di raffineria, benzina leggera o pesante. Le rese in acetilene sono intorno al 35% in peso; i coprodotti sono etilene, idrogeno, idrocarburi pesanti e nero di carbone.
Processo di pirolisi
Nel processo di pirolisi rigenerativa il calore necessario alla formazione dell’acetilene è fornito da un forno contenente masse di materiale refrattario.
L’impianto opera in maniera ciclica con due forni, uno in fase di reazione, l’altro in fase di riscaldamento. Vapore e alimentazione, dopo preriscaldamento attraverso la massa calda entrano nella camera di cracking. I prodotti di reazione sono raffreddati rapidamente mediante passaggio attraverso il secondo forno. Un punto critico di tale processo, noto come Processo Wulff riguarda il materiale refrattario sottoposto a continui e frequenti sbalzi termici.
Processi a combustione parziale
I processi a combustione parziale sono basati su un’ossidazione parziale in difetto di ossigeno che fornisce il calore di reazione:
2 CH4 + 3 O2 → CO + 2 H2O
L’impiego di ossigeno consente di raggiungere una temperatura di fiamma di 1500 °C; i prodotti sono raffreddati rapidamente all’uscita del bruciatore con una corrente di benzina o olio. I gas uscenti contengono concentrazioni variabili di acetilene (8-10%) accanto a etilene, metano, monossido di carbonio, biossido di carbonio e idrogeno a seconda della carica di alimentazione.
Reattività
L’acetilene è un’importante materia di base nell’industria petrolchimica. La natura fortemente insatura dell’acetilene è il presupposto di una forte reattività in svariate reazioni di addizione.
L’acetilene reagisce infatti con alcoli, cianuro di idrogeno o acidi carbossilici per dare composti vinilici: le addizioni al triplo legame, in presenza di catalizzatori, danno prodotti quali l’acetaldeide, l’acetato di vinile, il cloruro di vinile e l’acrilonitrile:
