Кислородът - технически газ

Инструменти, материалиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2012

    Кислородът е един от най-разпространените елементи на Земята и основен съставен елемент на атмосферния въздух. Известно е, че той е газ без вкус, цвят и миризма, разтворим във вода, като колкото по-ниска е температурата на водата, толкова по-добра е разтворимостта на кислорода. Той е с ниска температура на кипене -183 °C. Като газ той е приблизително 1,10 пъти по-тежък от въздуха. Под точката на кипене кислородът е светлосиня течност, малко по-тежка от водата.

Като технически газ, кислородът се явява ценен поради своята реактивност. Чистият кислород се използва предимно в качеството си на окислител. Той реагира с всички елементи, с изключение на благородните газове, като образува химични съединения, наречени окиси (оксиди), а реакцията е позната като окисление. Скоростта й е различна и зависи от елемента. Кислородът много енергично взаимодейства с горими материали, особено в чисто състояние, като по време на реакцията се освобождава топлина. За протичането на много от реакциите е необходимо наличието на вода или катализатор.

Обикновено, за търговски цели кислородът се получава посредством процес на разделяне на атмосферния въздух на неговите компоненти азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%), други газове (0,1%). За получаване на течен кислород от въздух се използва нискотемпературна ректификация. Предлага се с различна степен на чистота.

От техническите газове кислородът се явява един от най-използваните. Той намира приложение в хранително-вкусовата промишленост, минната промишленост, в металургията, в химическата промишленост, екологията и други. Въпреки че самият кислород е незапалим, той подобрява горенето и дава възможност на горимите материали да горят много по-интензивно.

В някои приложения, като например при процесите на пречистване на води или в целулозно-хартиената промишленост, кислородът се използва в неговата алотропна форма - озон, с цел подобряване на реакцията и гарантиране на пълно окисление поради по-високата реактивност на озона.

Кислородът в хранително-вкусовата промишленост
Използва се при опаковането на хранителни продукти в модифицирана атмосфера. При опаковането в модифицирана среда атмосферният въздух се отстранява от вътрешността на опаковката напълно или се заменя с газ или смес от газове, след което опаковката бива бързо запечатана. Кислородът е един от газовете, използвани за създаването на защитна среда, както и за контрол на въздушната среда в помещения за съхраняване на пресни плодове и зеленчуци с цел запазването им пресни за по-дълго време. Кислородът се използва и при отглеждането и транспортирането на риба. Контролът върху концентрацията на кислород във водата е един от начините за успешното й отглеждане и развъждане. Интензивното рибовъдство логично води до нуждата от адекватни концентрации на разтворен кислород, с който да се компенсира естественото понижаване на количеството кислород във водата. Като предимства на използването на чист кислород спрямо насищането с кислород чрез въздух обикновено се посочват: по-добрият трансфер на кислород във водата, подобрен растеж, по-добра устойчивост на патогенни организми, подобрено разграждане на отпадъците, допринасящо за намаляване на замърсяването на водите. Кислород се използва и при производството на озон, използван за деинфестация и стерилизация в промишлените производствени процеси.

В целулозно-хартиената промишленост
В целулозно-хартиената промишленост кислородът играе немалка роля при изпълнението на нормите за опазване на околната среда при протичането на редица процеси, сред които делигнификация, избелване, оксидативна екстракция, химична регенерация, бяло/черно оксидиране на разтвори и обогатяване на пещи за изпичане на варовик. Използването на кислород вместо хлор в процеса на избелване подпомага намаляването на замърсяването на водата. Също така, според специалисти, комбинацията от кислород и сода каустик, вместо хипохлорид и хлорен диоксид, при този процес води и до намаляване на разходите. Оксидирането на черната луга с кислород води до ограничаване на изхвърляната в атмосферата сяра. Обогатяването на въздуха за горене в пещите за изпичане на варовик води до повишаване на тяхната производителност.

В химическата и нефтохимическата промишленост
В химическата промишленост техническият кислород намира широко приложение. Използва се за подобряване на структурата на изходните материали чрез оксидиране като суровина в процесите на оксидация при производствата на етилен оксид, пропилен оксид, синтезен газ, чрез частично окисляване на широк спектър от въглеводороди, етилен дихлорид, водороден прекис, азотна киселина, винил хлорид и фталова киселина. Кислородът се използва и при производството на оксиликвит.
Много големи количества кислород се използват в процеса на газификация на въглища за генериране на синтезен газ.

В нефтохимическата промишленост кислородът се използва за понижаване на вискозитета и подобряване на дебита в нефтени и газови кладенци; за обогатяване на захранващия въздух с оглед увеличаване на капацитета на инсталациите за каталитичен крекинг, както и за улесняване използването на по-тежките суровини; за понижаване на емисиите на сяра в рафинериите, както и за регенериране на катализаторите в рафинериите.

Използва се също за повишаване на капацитета и ефективността на разграждане и унищожаване на опасни отпадъци и отпадъчни материали в пещите за изгаряне на отпадъци.

В металургията
Кислородът намира широко приложение при производството и обработката на метали, както и при производствата на стомана. Един от най-големите потребители на кислород се явява именно процесът на производство на стомана. Съвременната стоманодобивна промишленост разчита основно на използването на кислород за обогатяване на въздуха и повишаване на температурата на горене при струйни и отворени пещи, както и за повишаване на температурата на стоманата и подобряване рециклирането на скрап в електродъговите пещи. Подаването на кислород в доменните пещи, в черната металургия подпомага процеса на топене на стоманата и производството на чугун с високо качество.

Големи количества кислород се използват и при производството и на други метали като мед, олово и цинк. Кислород се използва и за създаване на високотемпературен пламък във високотемпературните факли, използвани при рязане и заваряване; при кислородно рязане на метали; понякога се добавя в малки количества в защитните газове. Добре е да се има предвид, че за да се постигне високоскоростно и чисто рязане е необходимо кислородът да бъде с високо качество. Времето за топене и консумираната енергия също могат да бъдат намалени чрез използването на специални горелки с подаване на кислород, използвани в електропещи и индукционни пещи за топене на алуминий.

Вода и отпадъци
Кислородът се използва за обработка на чиста и отпадна вода, както и при третирането на химически активни отпадъци. В процесите на обработка на питейна вода техническият кислород много активно се използва вместо хлор в процесите на дезинфекция и пречистване. Често в процесите се използва неговата алотропна форма - озонът.

В процесите на пречистване на отпадните води, кислородът обикновено се използва на етапа на биологично пречистване като заместител на въздуха, което води до повишаване капацитета на пречистване.

При третирането на отпадъци кислородът намира приложение при окисляването на химически активни отпадъци в специални съоръжения, което подпомага тяхното обезвреждане.

Здравеоопазване
В здравеопазването кислородът се явява важна част от животоподдържащите системи в спешните отделения или при дълготрайно лечение на пациенти с нарушения в дишането. Използва се при реанимация или в комбинация с други газове за анестезия. Той се прилага при хора с дихателни проблеми, спасява човешки живот и увеличава комфорта на пациента, което от своя страна определя високите изисквания по отношение на неговата чистота.

Кислородът е широко използван и при производството на стъкло - за подобряване на горенето в пещите и събирателните кофи, понижавайки емисиите на азотни окиси (NOx).

Считан за нетоксичен и екологично безопасен, кислородът е окислител, който поддържа силно горенето. Освен това, при контакт с течност продуктът може да провокира измръзване и изгаряне от измръзване. За да се избегнат тези вредни ефекти, е необходимо стриктно спазване на указанията за безопасност за съхранение и транспортиране. Той може да бъде транспортиран до потребителите в бутилки, бъндели и цистерни, чрез газоразпределителни системи.



Ключови думи: Кислород, технически газ



Top