Технически газове в химическата промишленост

Инструменти, материалиСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2011

Използвани газове, основни области на приложение


  Протичането на редица процеси в химическата промишленост е свързано с използването на технически газове. Тези газове се използват за подобряване на икономическите показатели на редица химични процеси, за постигане на по-добро качество на произвежданите продукти, както и за повишаване на сигурността на производството. Използват се в процесите на синтез, а също така подпомагат дейности по опазване на околната среда. Сред техническите газове намиращи най-широко приложение в областта са кислородът, азотът, водородът, въглеродът и озонът.

Кислородът може да подобри икономическите показатели
Както е добре известно, кислородът съставлява 21% от обема на въздуха. Той се втечнява при -183 °С и кристализира при -218,9 °С. При атмосферно налягане течният кислород заема само 1/854 част от газообразния си обем. Това позволява големи количества кислород да бъдат транспортирани и съхранявани в криогенна (течна) форма. В химическата промишленост той е широко използван в окислителните процеси за производството на оксиди, алдехиди, а също и киселини и алкохоли. Използването му може да подобри икономическите показатели на съществуващите инсталации и да намали капиталовите разходи за нови. Използваните методи са кислородно обогатяване при окисляване на въздуха, чрез добавяне на кислород към захранващия поток и заместване на въздух с чист кислород. Използването на кислород може да повлияе положително върху производителността, чрез намаляване на концентрацията на инертен азот. Също така, по-високата концентрация на кислород може да ускори реакции. Използването на кислород може да намали необходимата за реакциите енергия.
Азотът се използва в процесите на инертизация на реактори, резервоари, тръби; за температурно регулиране на химичните реакции; смилане в инертна среда; криогенно смилане; при регенерацията на катализатори; при екструдирането и леенето на пластмаса. При стандартна температура той е безцветен газ, без мирис и без вкус, който съставлява около 78% от обема на въздуха. Азотът е нетоксичен и химически инертен, т. е. проявява много ниска реактивност при ниски температури. При атмосферно налягане се втечнява при -196 °С.
Въглеродният диоксид е газ без цвят, без мирис и без вкус. Съвместно с водата образува въглена киселина. Той се използва за инертизационни процеси. В надкритична форма намира приложение като разтворител при екстракция на кофеин, аромати и есенции и за разграждане на твърди и течни органични вещества. Намира приложение и в процесите на производство на карбамид, салицилова киселина, карбонати и в някои други процеси на синтез в органичната химия. Също така е широко използван за контрол на киселинността (pH).
Водородът е газ, който при стандартно налягане и температура е без цвят и мирис. Той е най-широко разпространеният елемент във вселената. В природата се среща предимно в съединения с други елементи. Като технически газ е широко използван в нефтопреработващата индустрия за производството на газолин, а в химическата индустрия - за производството на амоняк и метанол, за хидрогениране на нехранителни масла и регенерация на катализатори. Той се явява реагент при производството на основни химични вещества и междинни продукти, както и на специални химикали и фармацевтични продукти.

Водородът е една от основните съставки на синтетичния газ
широко използван при синтеза на метанол, използва се и при производството на амоняк. Други химични процеси, в които участва водородът са процесът на хидрогениране, при регулиране дължината на веригата при полимеризация на пропилен до полипропилен и при производството на полиетилен.
Озонът се използва за окисляване на органични и неорганични макромолекули, в допълнение към третирането на питейни и отпадъчни води при процесите на дезинфекция и пречистване.
Основни приложения на тези газове се явяват и процесите на преработка на нефта, регулиране температурата на реактори, създаване на взривобезопасна среда, в производството на сиснтетични вещества, при производството на пластмаси, в процесите на обработка на води и т.н.

В нефтохимическата промишленост
водородът, например, се използва в процесите на пречистване на нефта от примеси, а така също за намаляване на неговия вискозитет при транспортиране. Самите петролни рафинерии обикновено се явяват едновременно производител и потребител на водород, но в повечето случаи необходимото им количество водород превишава произведеното. Друг широко използван газ се явява кислородът. Сред основните му приложения в нефтохимическата промишленост са: ефективна преработка на високооктанови компоненти, повишаване на производителността на процеса на превръщане на сероводорода в проста сяра, регенериране на катализаторите в комплексите за каталитичен крекинг и други.
Азотът обикновено се използва като инертна среда при производството на лесно възпламеняващи се и окисляващи вещества. С него се продухват тръбопроводите и технологичното оборудване с цел предотвратяване на образуването на потенциално избухливи газови среди, като по този начин се разреждат запалимите вещества. Той е широко използван и като работен агент при някои методи за добив на нефт, както и при пускането на даден кладенец в експлоатация.
Въглеродният диоксид е широко използван за потушаване на пожари. Технически газове се използват и при протичането на редица химични реакции. Сред най-често използваните са кислородът, намиращ приложение предимно за окисление на изходните вещества, с цел образуването на азотна и сярна киселина, етиленов оксид и др., и азотът. Азотът обикновено се използва в същите реакции като кослирода, като предназначението му е премахване на взривоопасни примеси от регенеративните катализатори. Намира приложение и в процесите на лъчисто сушене на лепила, мастила, лакове, бои и др., където се използва за отстраняване на кислорода от сушилната камера.
Течният азот е широко използван в процесите на синтез на активни съставки или специални химикали в химико-фармацевтичната промишленост, където се наблюдават високи изисквания по отношение постигането на особено ниски температури (до -100 °C), следвани от фази, при които е необходимо сместа да се синтезира при температура до +150 °C. Поради ниската температура на кипене на течния азот, която е от порядъка на 196 °C при атмосферно налягане, той се счита за много добро средство за постигане на подобни температури.
При производството на синтетични химични вещества, както и за регулиране на температурата на реактора, например при производството на сода, амониев сулфат, пигменти и др., сред използваните технически газове е и въглеродният диоксид.

Постигане на висока производителност при обработка на пластмаси
Според специалисти, използването на въглероден диоксид или азот съществено може да повиши производителността и да намали продължителността на технологичния цикъл на леене под налягане. Например, при производството на кухи пластмасови детайли, в разтопения полимер се инжектира азот под високо налягане, което осигурява по-голяма гъвкавост при проектирането на детайли, намалява тяхното тегло и съответно, разходите за смола.
Въглеродният диоксид или азота също така могат да се използват като физически пянообразуватели при екструзионно образуване на пяна. Тяхното използване създава полимерна пяна с еднородна пореста структура, позволяваща получаването на продукти, използвани за опаковане в автомобилната и електронната промишлености, а така също и в обработващите отрасли на промишлеността.
Въглеродният диоксид се използва също при производството на изделия от полистерол намиращи приложение като опаковки в хранително-вкусовата промишленост. Азотът се използва в производството на изолация от полиетилен за проводници.

Намаляване на риска от пожар
При протичането на някои процеси се създават условия, благоприятни за възникването на пожар. Например, при преработването в мелници на пластмаси, целулоза, сяра, алуминий и други, финият прах, който се отделя и високите температури, които могат да варират от 40 до 80 °C, генерирани в границите на мелничното оборудване, създават реална опасност от възникване на пожар или експлозия. Ефективен начин за гарантиране на безопасността и предотвратяване на създаването на пожароопасна ситуация във вътрешността на мелницата се явява създаването на среда от инертни газове като азот, например.
Сред химическите процеси, в които се използват технически газове, се подреждат и процеси като: лиофилизация, където използването на течен азот подобрява гъвкавостта на преработващите инсталации и същевременно съкращава времето за производство; криогенно смилане, прилагано за смилане на материали, за смилането на които е невъзможно да се използват конвенционални мелници поради ниската им температура на топене или ниската термостабилност; за регенерация на изразходени катализатори; за отстраняване на газове, разтворени в течности; в процесите на обработка на питейни и отпадни води като дезинфектиращо и пречистващо средство.
Вулканизацията с използването на азот под налягане се явява един от обещаващите процеси за изделия като автомобилни гуми. Използването на азота повишава плътността на гумата по време на вулканизацията за сметка на повишаване на налягането и отсъствието на окисление, което осигурява високо качество и намалява експлоатационните разходи поради намаляване на продължителността на технологичния цикъл.

Top