گاز استیلن (C₂H₂) یکی از گازهای مهم صنعتی است که به دلیل خواص ویژه خود، کاربردهای متنوعی دارد. این گاز، که به نام اتین نیز شناخته می‌شود، یک هیدروکربن غیراشباع از خانواده آلکین‌ها است و ساختار شیمیایی آن شامل دو اتم کربن است که با یک پیوند سه‌گانه به یکدیگر متصل هستند. استیلن اولین بار در سال 1836 توسط ادموند دیوی کشف شد و امروزه به دلیل کاربردهای گسترده در صنعت، به‌ویژه در جوشکاری و برش فلزات، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در ادامه با پرستلی همراه باشید تا شما را هر انچه که باید درباره گاز استیلن بدانید اشنا کنیم.

تاریخچه گاز استیلن

تاریخچه کشف گاز استیلن به سال 1836 بازمی‌گردد، زمانی که ادموند دیوی، شیمیدان بریتانیایی، این گاز را به‌طور تصادفی کشف کرد. دیوی هنگام انجام آزمایش‌هایی بر روی کاربیدهای فلزی متوجه شد که کاربید کلسیم (CaC₂) با آب واکنش نشان داده و گاز ناشناخته‌ای تولید می‌کند که بعدها استیلن نام‌گذاری شد. هرچند دیوی در آن زمان به کاربردهای عملی این گاز پی نبرد، اما این کشف پایه‌ای برای تحقیقات بیشتر در مورد استیلن فراهم کرد. نام "استیلن" بعدها توسط شیمیدان فرانسوی مارسلن برتلو در سال 1860 به این گاز داده شد.

در اواخر قرن نوزدهم، روش‌های تولید صنعتی استیلن توسط هنری لو موین بهبود یافت. او روشی را توسعه داد که در آن کاربید کلسیم به‌طور گسترده و اقتصادی تولید می‌شد و با آب واکنش داده، استیلن تولید می‌کرد. این پیشرفت باعث شد که استیلن به عنوان یک گاز مهم صنعتی به‌ویژه در جوشکاری و برش فلزات مورد استفاده قرار گیرد. از آن زمان، استیلن به‌عنوان یکی از گازهای مهم در صنایع شیمیایی، ساخت‌وساز و جوشکاری شناخته شد و کاربردهای گسترده‌ای پیدا کرد.

خصوصیات فیزیکی و شیمیایی گاز استیلن

گاز استیلن (C₂H₂) دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی است که آن را برای کاربردهای صنعتی بسیار مفید کرده است. از جمله مهم‌ترین خواص فیزیکی و شیمیایی آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

خواص فیزیکی:

حالت فیزیکی: استیلن یک گاز بی‌رنگ است.

بو: بویی شبیه به سیر دارد (البته گاز استیلن خالص بدون بو است و این بو ناشی از ناخالصی‌های آن است).

چگالی: چگالی گاز استیلن حدود 1.1 برابر چگالی هوا است، به این معنا که کمی از هوا سنگین‌تر است و می‌تواند در پایین‌ترین نقاط تجمع یابد.

نقطه جوش: استیلن در دمای 84- درجه سانتی‌گراد به مایع تبدیل می‌شود.

نقطه ذوب: نقطه ذوب استیلن در حدود 80- درجه سانتی‌گراد است.

قابلیت اشتعال: استیلن به شدت قابل اشتعال است و در مجاورت اکسیژن، شعله‌ای با دمای بسیار بالا (حدود 3300 درجه سانتی‌گراد) تولید می‌کند.

اطلاعات بیشتر: قیمت اکسیژن مایع

خواص شیمیایی:

فرمول شیمیایی: C₂H₂ (دو اتم کربن با یک پیوند سه‌گانه به هم متصل هستند).

واکنش‌پذیری بالا: به دلیل وجود پیوند سه‌گانه بین اتم‌های کربن، استیلن بسیار واکنش‌پذیر است و می‌تواند به راحتی در واکنش‌های شیمیایی شرکت کند.

انفجار در فشار بالا: استیلن به دلیل ناپایداری در فشارهای بالا، ممکن است بدون اکسیژن منفجر شود. بنابراین ذخیره آن باید در شرایط خاص (معمولاً با حلالی مانند استون) انجام شود.

احتراق: در صورت احتراق استیلن با اکسیژن، دی‌اکسید کربن و آب به عنوان محصولات جانبی تولید می‌شود.

روش تولید گاز استیلن

استیلن به روش‌های مختلفی تولید می‌شود که رایج‌ترین روش‌ها شامل واکنش کاربید کلسیم با آب و تجزیه هیدروکربن‌ها در دماهای بالا است:

تولید از کاربید کلسیم

در این روش، کاربید کلسیم (CaC₂) با آب واکنش داده و گاز استیلن تولید می‌شود. این روش تولید در صنایع کوچک و کارگاه‌های جوشکاری بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تولید از طریق کراکینگ هیدروکربن‌ها

در این روش، هیدروکربن‌ها مانند نفتا یا گاز طبیعی در دماهای بالا تجزیه می‌شوند و استیلن به‌عنوان یکی از محصولات جانبی به دست می‌آید. این روش بیشتر در صنایع پتروشیمی و تولید انبوه گاز استیلن استفاده می‌شود.

کاربردهای گاز استیلن

گاز استیلن به دلیل خواص خاص خود، کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف دارد که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:

جوشکاری و برش فلزات

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای گاز استیلن در جوشکاری و برش فلزات است. هنگامی که استیلن با اکسیژن ترکیب می‌شود، شعله‌ای با دمای بسیار بالا (حدود 3300 درجه سانتی‌گراد) تولید می‌کند که برای ذوب و برش فلزات مختلف مناسب است. این نوع جوشکاری به نام "اکسی‌استیلن" شناخته می‌شود و برای تعمیرات، ساخت‌وساز و صنایع فلزی استفاده می‌شود.

تولید مواد شیمیایی

استیلن به‌عنوان یک ماده اولیه مهم در تولید مواد شیمیایی مانند پلاستیک‌ها، لاستیک مصنوعی و پلیمرهای مختلف استفاده می‌شود. به‌عنوان مثال، تولید پلی‌وینیل کلراید (PVC) که در صنایع ساختمانی، بسته‌بندی و خودروسازی کاربرد دارد، از استیلن به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند.

سنتز آلی

استیلن در بسیاری از واکنش‌های شیمیایی به‌عنوان یک ماده آغازگر در سنتز ترکیبات آلی مختلف مانند الکل‌ها، اسیدها و آلدهیدها استفاده می‌شود. این گاز به دلیل وجود پیوند سه‌گانه کربن-کربن، واکنش‌پذیری بالایی دارد و در فرآیندهای شیمیایی مهمی به‌کار می‌رود.

تولید نور استیلنی

در گذشته، از استیلن در لامپ‌های گازی برای روشنایی استفاده می‌شد، به‌ویژه در مناطقی که دسترسی به برق محدود بود. این لامپ‌ها، که به "لامپ کاربید" معروف بودند، نور سفید روشنی تولید می‌کردند و در معادن، فانوس‌های دریایی و کاربردهای مشابه استفاده می‌شدند.

ایمنی در استفاده از گاز استیلن

با توجه به ناپایداری گاز استیلن و قابلیت بالای آن در اشتعال و انفجار، رعایت نکات ایمنی در هنگام استفاده از آن بسیار ضروری است:

ذخیره‌سازی

استیلن نباید در کپسول‌های معمولی تحت فشار بالا ذخیره شود. برای جلوگیری از خطر انفجار، این گاز معمولاً در کپسول‌های مخصوص به همراه ماده‌ای جاذب مانند استون ذخیره می‌شود.

تهویه مناسب

هنگام استفاده از گاز استیلن، باید از تهویه مناسب محیط اطمینان حاصل شود تا از تجمع گاز در فضاهای بسته جلوگیری شود.

دور از منابع حرارت و شعله

استیلن به‌راحتی در تماس با حرارت و شعله مشتعل می‌شود، بنابراین کپسول‌های حاوی استیلن باید دور از منابع حرارتی نگهداری شوند.

واکنش‌های شیمیایی گاز استیلن

گاز استیلن (C₂H₂) به دلیل ساختار شیمیایی خاص خود که شامل یک پیوند سه‌گانه بین دو اتم کربن است، واکنش‌های شیمیایی متنوع و مهمی دارد. پیوند سه‌گانه کربن-کربن در استیلن باعث می‌شود این گاز واکنش‌پذیری بالایی داشته باشد. در زیر به چند نمونه از مهم‌ترین واکنش‌های استیلن اشاره می‌کنم:

واکنش احتراق:

استیلن یکی از گازهای بسیار قابل اشتعال است و در حضور اکسیژن، می‌سوزد. این واکنش مقدار زیادی انرژی گرمایی تولید می‌کند و در صنایع جوشکاری و برش فلزات استفاده می‌شود. محصولات این واکنش دی‌اکسید کربن و آب هستند. احتراق استیلن با شعله‌ای با دمای بسیار بالا (حدود 3300 درجه سانتی‌گراد) همراه است که برای ذوب فلزات مناسب است.

واکنش با آب (تولید استیلن از کاربید کلسیم):

یکی از روش‌های تولید گاز استیلن واکنش کاربید کلسیم با آب است. در این واکنش، کاربید کلسیم با آب واکنش داده و استیلن و هیدروکسید کلسیم تولید می‌شود. این واکنش در مقیاس صنعتی برای تولید گاز استیلن به‌کار می‌رود.

واکنش هیدروژن‌دار کردن:

استیلن با هیدروژن واکنش داده و به تدریج به اتن (اتیلن) و سپس به اتان (C₂H₆) تبدیل می‌شود. این واکنش در حضور کاتالیزورهای فلزی مانند نیکل یا پلاتین انجام می‌شود.  این واکنش‌ها از اهمیت بالایی در صنایع پتروشیمی برای تولید ترکیبات آلی دارند.

واکنش افزایشی با هالوژن‌ها:

استیلن با هالوژن‌ها مانند کلر (Cl₂) و برم (Br₂) واکنش می‌دهد و ترکیبات دی‌هالوژنه تولید می‌کند. این واکنش‌ها به دلیل پیوند سه‌گانه استیلن رخ می‌دهد. در این واکنش، کلر به پیوند دوگانه استیلن افزوده شده و دی‌کلرواتیلن تولید می‌شود.

واکنش با اسیدها (هیدرات‌دار کردن استیلن):

استیلن با آب و در حضور کاتالیزورهای اسیدی می‌تواند به آلدهیدها و کتون‌ها تبدیل شود. این واکنش به‌عنوان واکنش هیدرات‌دار کردن استیلن شناخته می‌شود. در حضور کاتالیزور اسید سولفوریک و یون جیوه، استیلن با آب واکنش داده و استالدهید تولید می‌کند. این واکنش در تولید مواد شیمیایی آلی کاربرد دارد.

واکنش با فلزات (تشکیل کاربیدهای فلزی):

استیلن می‌تواند با فلزات مانند نقره و مس واکنش داده و کاربیدهای فلزی تولید کند که ناپایدار هستند. به‌عنوان مثال، واکنش استیلن با نقره به تولید کاربید نقره منجر می‌شود.  کاربیدهای فلزی بسیار ناپایدار بوده و می‌توانند به راحتی منفجر شوند.

پلیمریزاسیون استیلن:

استیلن می‌تواند در شرایط خاص، پلیمریزه شود و پلیمرهایی مانند پلی‌استیلن تولید کند. این فرآیند در حضور کاتالیزورهای مناسب رخ می‌دهد و در صنایع برای تولید پلیمرهای رسانا استفاده می‌شود.

کپسول گاز استیلن و اصول بررسی سیلندر آن پیش از شارژ کردن

کپسول گاز استیلن یکی از انواع سیلندرهای گاز تحت فشار است که برای ذخیره‌سازی و حمل گاز استیلن به کار می‌رود. به دلیل خطرات بالقوه استیلن از جمله قابلیت انفجار در فشار بالا، کپسول‌های گاز استیلن با رعایت اصول ایمنی خاصی طراحی و نگهداری می‌شوند. کپسول‌های استیلن معمولاً حاوی یک ماده جاذب مانند استون هستند که گاز استیلن در آن حل می‌شود تا خطر انفجار کاهش یابد. این روش ذخیره‌سازی موجب می‌شود استیلن به‌صورت پایدارتر در کپسول‌ها نگهداری شود.

اصول بررسی سیلندر گاز استیلن قبل از شارژ کردن

برای اطمینان از ایمنی سیلندرهای گاز استیلن قبل از شارژ مجدد، باید مراحل و اصول خاصی رعایت شود. این بررسی‌ها شامل جنبه‌های فنی و ایمنی سیلندر می‌شوند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

بازرسی ظاهری سیلندر:

زنگ‌زدگی و خوردگی: سیلندر باید از لحاظ وجود زنگ‌زدگی، خوردگی یا آسیب‌دیدگی سطحی مورد بررسی قرار گیرد. وجود هرگونه خوردگی یا تغییر شکل می‌تواند به نشت گاز یا کاهش استحکام سیلندر منجر شود.

• آسیب‌های فیزیکی: باید بررسی شود که آیا سیلندر دچار ضربه، فرورفتگی یا ترک شده است یا خیر. هرگونه آسیب فیزیکی به سیلندر می‌تواند خطرناک باشد.
• نشانه‌های نشت گاز: سیلندر از لحاظ نشت گاز بررسی شود. هرگونه بوی استیلن یا وجود نشتی، نشان‌دهنده یک مشکل جدی است و نباید سیلندر شارژ شود.

کنترل تاریخ تست هیدرواستاتیک:

سیلندرهای گاز تحت فشار باید دوره‌ای مورد تست هیدرواستاتیک قرار گیرند تا از استحکام و عدم وجود نشتی آن‌ها اطمینان حاصل شود. تاریخ آخرین تست سیلندر باید بررسی شود و در صورتی که تاریخ منقضی شده باشد، سیلندر قبل از شارژ نیاز به تست مجدد دارد.

بررسی شیر و اتصالات سیلندر:

شیر سیلندر و اتصالات آن باید از نظر سلامت و کارکرد صحیح بررسی شوند. هرگونه نشتی از ناحیه شیر و اتصالات می‌تواند خطرناک باشد. همچنین، وضعیت رزوه‌ها و اتصالات باید از نظر هرگونه آسیب‌دیدگی یا ساییدگی کنترل شود.

کنترل وجود ماده جاذب (استون):

در سیلندرهای استیلن، استیلن در استون یا یک ماده جاذب دیگر حل می‌شود. قبل از شارژ، باید میزان ماده جاذب بررسی شود تا اطمینان حاصل شود که ظرفیت کافی برای حل گاز استیلن وجود دارد.

آزمایش فشار:

فشار داخل سیلندر باید قبل از شارژ اندازه‌گیری شود تا اطمینان حاصل شود که سیلندر کاملاً خالی است. همچنین فشار کاری سیلندر نباید از حد مجاز تجاوز کند.

اطمینان از علامت‌گذاری صحیح:

سیلندر باید دارای برچسب‌های معتبر و صحیح باشد که نشان‌دهنده نوع گاز و فشار کاری آن است. همچنین، اطلاعات مربوط به تست‌های هیدرواستاتیک و شرایط شارژ باید مشخص و قابل مشاهده باشند.

رعایت این اصول در بررسی سیلندر گاز استیلن قبل از شارژ، به کاهش خطرات احتمالی و افزایش ایمنی در استفاده از این گاز کمک می‌کند.

نتیجه‌گیری

گاز استیلن به‌عنوان یکی از گازهای صنعتی مهم، در جوشکاری، تولید مواد شیمیایی و سنتزهای آلی کاربرد گسترده‌ای دارد. به‌واسطه خواص شیمیایی و فیزیکی خاص خود، استیلن می‌تواند در بسیاری از صنایع نقش کلیدی ایفا کند. اما به دلیل ناپایداری و خطرات آن، رعایت نکات ایمنی در استفاده و ذخیره‌سازی این گاز بسیار حائز اهمیت است.