Axetilen là một hoạt chất hóa học được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp. Vậy axetilen là gì? Ứng dụng của axetilen như thế nào? Và những lưu ý gì trong quá trình sử dụng loại khí này? Bài viết dưới đây của Dakhien sẽ cùng bạn giải đáp những thắc mắc trên chi tiết nhất.
>>>> XEM THÊM: Khí Acetylen là gì? Đặc tính của khí Acetylen
1. Tổng quan về axetilen (C2H2)
Axetilen (hay còn gọi là ethyl với công thức phân tử là C2H2) là một hiđrocacbon không no thuộc nhóm ankin. Phân tử axetilen gồm hai nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng một liên kết ba, mỗi nguyên tử cacbon còn liên kết với một nguyên tử hiđro.
Tên gọi “axetilen” bắt nguồn từ chữ “acetic”, kết hợp với hậu tố “-ylene” được công bố lần đầu tiên bởi nhà hóa học người Pháp - Marcelin Berthelot vào năm 1860. Marcelin Berthelot đã điều chế được axetilen từ sự phân hủy nhiệt của metan và nhận thấy rằng hợp chất này có thể tạo ra axit axetic thông qua quá trình oxy hóa.
Axetilen là một loại khí công nghiệp không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí. Đặc biệt, loại khí này rất dễ cháy trong oxi tạo ngọn lửa rất nóng (khoảng 3.100°C) và dễ nổ khi trộn với không khí theo tỷ lệ nhất định. Ngoài ra, axetilen có thể tác dụng với dung dịch bazơ mạnh hoặc kim loại kiềm tạo muối natri axetat và giải phóng khí Hiđro.
Trong hóa học, axetilen có vai trò là chất đầu quan trọng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ như: vinyl clorua, acrylonitril, axit acrylic,... Được dùng trong nghiên cứu phản ứng hữu cơ, đặc biệt là các phản ứng cộng vào liên kết ba.
Trong công nghiệp, axetilen được sử dụng rộng rãi trong hàn cắt kim loại nhờ khả năng tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ rất cao khi cháy với Oxy. Loại khí này đồng thời còn là nguyên liệu ban đầu trong sản xuất nhiều loại polyme, sợi tổng hợp và dung môi hữu cơ.
2. Các ứng dụng chính của axetilen
Ứng dụng của axetilen được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp. Dưới đây là 6 ứng dụng chính của loại khí này:
2.1. Hàn và cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy-axetilen
Axetilen có thể được sử dụng trong việc hàn và cắt kim loại dựa trên phản ứng cháy của axetilen trong oxy. Khi đốt cháy axetilen trong môi trường giàu oxy, ngọn lửa sinh ra có thể đạt nhiệt độ lên đến 3.100°C, đủ để nóng chảy hầu hết các kim loại như thép, đồng, nhôm,...
So với các phương pháp khác, sử dụng axetilen dễ triển khai hơn do không cần nguồn điện như hàn hồ quang, mà chỉ cần bình khí axetilen và bình oxy. Đặc biệt, có thể sử dụng ở nhiều vị trí địa hình khác nhau và cho ra mối hàn đẹp, ít biến dạng.
Việc hàn và cắt kim loại bằng ngọn lửa oxy-axetilen được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất khác nhau như:
- Trong xây dựng: Dùng để hàn khung sắt, giàn giáo, dàn mái, kết cấu thép; Cắt và lắp ráp các chi tiết kim loại tại công trường.
- Trong ngành đóng tàu: Cắt tấm thép lớn để tạo vỏ tàu; Hàn các bộ phận khung, sườn tàu, ống dẫn, buồng máy.
- Trong sửa chữa máy móc và cơ khí: Hàn phục hồi các bộ phận kim loại bị mòn, gãy như trục, bánh răng; Cắt rời các chi tiết cũ, thay thế linh kiện; Gia công hoặc tháo dỡ các thiết bị kim loại lớn không thể tháo rời bằng cơ khí thông thường.
2.2. Sản xuất hóa chất công nghiệp
Ngày nay, axetilen được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất hóa chất công nghiệp. Nhờ liên kết ba đặc trưng, axetilen dễ dàng tham gia vào các phản ứng tổng hợp để tạo ra nhiều hóa chất có giá trị cao. Một số sản phẩm chính được sản xuất từ loại khí này có thể kể đến như: vinyl clorua (PVC), acrylonitrile, acetaldehyde, axit axetic và rượu etylic.
Trong chuỗi sản xuất hóa chất, axetilen đóng vai trò trung gian để tạo ra các hợp chất hữu cơ quan trọng thông qua các phản ứng cộng, oxy hóa, hydrat hóa và trùng hợp. Đặc biệt trong các nước có nguồn than đá hoặc khí tự nhiên dồi dào, axetilen được tổng hợp từ cacbua canxi hoặc từ cracking khí metan, giúp xây dựng toàn bộ chuỗi hóa chất hữu cơ cơ bản mà không phụ thuộc vào dầu mỏ.
Trên thế giới, sản lượng axetilen công nghiệp vào khoảng 1.5-2 triệu tấn/năm, tập trung chủ yếu ở Trung Quốc. Quốc gia này chiếm khoảng 80-90% sản lượng toàn cầu, sử dụng axetilen làm nguyên liệu chính trong ngành sản xuất PVC và các hóa chất hữu cơ.
Ở các nước phát triển, vai trò của axetilen trong sản xuất hóa chất đã giảm do chuyển sang dùng ethylen từ dầu mỏ và khí thiên nhiên. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển như Ấn Độ hay Việt Nam, axetilen vẫn là nguyên liệu hóa chất quan trọng nhờ giá thành sản xuất cạnh tranh.
2.3. Sản xuất cao su tổng hợp, sợi tổng hợp
Khí axetilen là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất cao su tổng hợp, sợi tổng hợp nhờ khả năng tham gia vào nhiều phản ứng hóa học tạo ra các hợp chất trung gian giá trị:
- Trong công nghiệp cao su: Axetilen được sử dụng để tổng hợp butadien - monome chính trong sản xuất cao su buna và cao su styren-butadien (SBR), thường dùng làm lốp xe, dây curoa, đệm chống rung và các sản phẩm kỹ thuật khác.
- Trong sản xuất sợi tổng hợp: Axetilen là nguyên liệu để điều chế acrylonitrile thông qua phản ứng với amoniac và oxy. Acrylonitrile sau đó được trùng hợp thành sợi acrylic - một loại sợi nhẹ, giữ nhiệt tốt, được ứng dụng rộng rãi trong dệt may và công nghiệp hàng tiêu dùng.
Có thể nói, axetilen đóng vai trò then chốt trong chuỗi sản xuất các vật liệu polyme, góp phần quan trọng vào ngành công nghiệp hóa chất hiện đại.
2.4. Chiếu sáng truyền thống (đèn axetilen)
Ứng dụng của axetilen còn được biết đến trong việc chiếu sáng truyền thống thông qua thiết bị gọi là đèn axetilen. Loại đèn này hoạt động dựa trên phản ứng giữa cacbua canxi và nước để sinh ra khí axetilen. Sau đó, được đốt cháy để tạo ra ánh sáng trắng mạnh.
Trong lịch sử, đèn axetilen được sử dụng phổ biến từ cuối thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20, đặc biệt trong các ngành cần chiếu sáng di động và bền bỉ. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của đèn axetilen là trong khai thác mỏ. Nhờ kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng và phát sáng mạnh, đèn axetilen được gắn trên mũ bảo hộ của thợ mỏ, giúp họ làm việc trong môi trường tối tăm và ẩm ướt dưới lòng đất.
Ngoài ra, đèn axetilen còn được dùng làm đèn pha chiếu sáng cho xe cộ đầu thế kỷ 20, đặc biệt là xe đạp và ô tô nhờ khả năng phát ra ánh sáng mạnh. Trong các khu vực chưa có điện, đèn axetilen cũng từng được sử dụng để chiếu sáng ngoài trời hay trong các hoạt động như cắm trại, xây dựng ban đêm, và thám hiểm.
2.5. Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học, phòng thí nghiệm
Khí axetilen có nhiều ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu khoa học và phòng thí nghiệm. Trong phòng thí nghiệm hóa học hữu cơ, axetilen thường được sử dụng làm nguyên liệu ban đầu để tổng hợp các hợp chất chứa liên kết đôi và ba, phục vụ cho nghiên cứu về cơ chế phản ứng, tổng hợp dược phẩm và vật liệu mới.
Axetilen cũng được dùng trong phản ứng kiểm chứng tính chất của ankin, giúp các nhà nghiên cứu khảo sát phản ứng cộng halogen, hydro hóa và phản ứng oxy hóa. Ngoài ra, axetilen còn được sử dụng trong các thiết bị ngọn lửa oxy-axetilen để phân tích kim loại bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. Trong kỹ thuật này, ngọn lửa từ axetilen cung cấp môi trường nhiệt độ nhằm hỗ trợ xác định hàm lượng kim loại trong các hợp chất với độ chính xác tối đa.
2.6. Ứng dụng mới và xu hướng phát triển
Khí axetilen ngày nay không chỉ giữ vai trò truyền thống trong công nghiệp hóa chất mà còn được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ tiên tiến như: công nghệ nano, vật liệu mới và sản xuất nhiên liệu sạch:
- Trong công nghệ nano: Axetilen là nguồn cacbon quan trọng dùng trong phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) để tổng hợp ống nano carbon - vật liệu có tính cơ học và dẫn điện vượt trội, ứng dụng trong điện tử và cảm biến. Ngoài ra, axetilen còn là tiền chất để tạo ra polyetylen - một trong những polymer dẫn điện đầu tiên cũng như các vật liệu hai chiều (2D) mới như graphene có tiềm năng trong thiết bị quang điện.
- Trong lĩnh vực năng lượng: Nhiều nghiên cứu đã chứng minh khả năng sử dụng axetilen kết hợp với diesel như một dạng nhiên liệu sạch, giúp nâng cao hiệu suất động cơ và giảm phát thải khí độc hại. Đặc biệt, các phương pháp mới sản xuất axetilen từ khí CO2 bằng điện hóa đang mở ra hướng đi bền vững, góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn carbon.
Các nghiên cứu gần đây cũng phát triển cảm biến phát hiện axetilen siêu nhạy, không cần nguồn điện ngoài. Điều đó đã cho thấy tiềm năng lớn của khí axetilen trong các ứng dụng hiện đại, thân thiện với môi trường và định hướng công nghệ xanh tương lai.
3. Lưu ý khi sử dụng axetilen
Dưới đây là một số lưu ý khi sử dụng axetilen nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng:
- Không sử dụng axetilen ở áp suất cao: Axetilen dễ phân hủy có thể gây nổ ở áp suất lớn hơn 2 atm nếu không có chất ổn định.
- Không để axetilen tiếp xúc với đồng nguyên chất: Dễ tạo hợp chất đồng axetilen rất dễ gây nổ.
- Sử dụng trong khu vực thông thoáng: Tránh hít phải khí axetilen và giảm nguy cơ cháy nổ do tích tụ khí.
- Tránh xa nguồn nhiệt và tia lửa: Axetilen là chất dễ cháy, có thể bốc cháy hoặc phát nổ khi gặp nguồn nhiệt.
- Bảo quản trong bình chuyên dụng: Bình chứa axetilen thường có dung môi (như axeton) để hòa tan khí và ổn định áp suất.
- Không sử dụng gần ngọn lửa trần hoặc điện hở: Khí axetilen dễ bốc cháy nếu gặp tia lửa.
- Kiểm tra rò rỉ định kỳ: Sử dụng dung dịch xà phòng để phát hiện rò rỉ khí tại các mối nối hoặc van.
- Chỉ sử dụng thiết bị chuyên dụng: Van, ống dẫn, đồng hồ áp suất phải phù hợp và an toàn cho khí axetilen.
- Không nạp khí quá mức cho phép: Tránh gây áp suất cao trong bình chứa gây nguy hiểm.
- Không được hàn cắt kim loại gần bình axetilen: Tránh nhiệt độ cao làm tăng áp suất và nguy cơ cháy nổ.
Trên đây, Dakhien đã giới thiệu đến bạn về khí axetilen và ứng dụng của axetilen trong các ngành sản xuất khác nhau. Nếu bạn đang cần tìm hiểu thêm về loại khí này, hãy liên hệ tới Dakhien theo số Hotline: 0969.690.155 để được tư vấn và giải đáp chi tiết nhất.
