В связи с интенсивным развитием химической промышленности предусматривается широкое и повсеместное внедрение инновационных технологических процессов. Решение этих задач требует дальнейшего расширения производства и применения кислорода, азота и редких газов как в промышленности, так и сельском хозяйстве, повышения технического уровня их производства, подготовки высококвалифицированных кадров для эксплуатации техники получения сжатых и сжиженных газов.
Специалисты, работающие в области техники глубокого охлаждения (или как ее называют, криогенной техники), занимаются развитием и совершенствованием низкотемпературных циклов и оборудования, получением и использованием низких температур, определением физических свойств конструкционных и других материалов, практическим применением низкотемпературной техники и обеспечением авиации сжатыми и сжиженными газами (кислородом, азотом, углекислым газом и др.)
Производство кислорода и других технических газов методом низкотемпературной ректификации атмосферного воздуха является одним из перспективных направлений в технологических разработках, которые непосредственно влияют на динамику развития и нормальную деятельность ведущих отраслей промышленности. Крупнотоннажное производство кислорода, азота и других продуктов разделения воздуха расширяет области и объемы применения этих газов.
Многие инновационные технологии в сфере общественного производства, военно-промышленного комплекса, освоения космического пространства, аграрной науки в той или иной степени связаны с применением криогенных продуктов.
Кислород как мощный интенсификатор технологических процессов давно известен как традиционный компонент в черной металлургии: конверторной выплавки стали, доменного производства, огневой зачистки металла и т.п. В химической промышленности кислород и азот используют при производстве аммиачных удобрений, ацетилена, этилена, метанола, искусственных волокон и др. Традиционным окислителем ракетного топлива продолжает оставаться жидкий кислород. Наиболее емкой по количеству потребителей и наименее организованной является машиностроительная и металлообрабатывающая промышленность, где кислород находит широкое применение для газопламенной обработки металлов. Широко используют кислород и в медицине: кислородные палатки, коктейли, жемчужные ванны, дыхательные смеси, лечение кислородом под давлением.
С применением кислорода производят термическую обработку стекла, обработку и резку гранитов, гнейсов, мрамора, огневое бурение скважин и многое другое. К числу перспективных относятся следующие сферы применения кислорода:
очистка сточных вод городов и промышленных предприятий, отбеливание целлюлозы;
производство серной кислоты, где потребность в кислороде в зависимости от мощности сернокислотного производства колеблется в пределах 20…200 тыс. куб.м/ч;
микробиологический синтез искусственного белка, где кислород используют как интенсификатор биологической реакции, дающий по сравнению с воздушным дутьем значительный экономический эффект за счет ускорения процесса получения белка и уменьшения металлоемкости оборудования;
применение кислорода для создания плазмы и использования ее в МГД генераторов для производства электроэнергии как в целях покрытия пиковых нагрузок, так и для постоянно действующих магнитногидроэлектростанций.
Интересным может оказаться применение кислорода для дополнительного извлечения нефти из скважин исчерпанных месторождений, где за счет специального разогрева нефтесодержащих пластов можно извлечь нефть. Для этой цели необходимо большое (до 200 тыс.куб.м/ч) количество кислорода, разветвленная сеть трубопроводов и компрессия кислорода для подачи его в скважины.
В экономике широко используют газообразный и, особенно, жидкий азот. Помимо традиционных областей применения газообразного азота – для создания инертных сред, защиты от взрывов при хранении и транспортировке взрывоопасных и горючих продуктов, для производства аммиака, искусственных волокон – его используют в микропроцессорной промышленности, моделировании космического пространства, создании эталонных газовых смесей и т.п.
Наиболее перспективной областью применения газообразного азота является метод хранения овощей, фруктов, семян зерновых и масличных культур в регулируемой газовой среде с повышенным содержанием азота. Доказано, что при таком методе хранения, по сравнению с традиционным, потери сокращаются на 20-25%, а урожайность посевного фонда увеличивается на 10-15%. Это весьма актуально для отечественных производителей сельскохозяйственной продукции в условиях импортозамещения, – окупает затраты, связанные с герметизацией хранилищ, организацией компрессии «отбросного» азота на кислородных станциях и прокладкой трубопроводов от станций – поставщиков азота до крупных хранилищ. Жидкий и газообразный азот также широко применяют для транспортировки пищевых продуктов. Примерно 5 % пищевых продуктов перевозят в замороженном виде при низких температурах, 30 % – при умеренном охлаждении. На нужды пищевой индустрии расходуется жидкого и газообразного азота в пересчете на газ 850 млн. м куб/год, растет парк автомобилей, оборудованных системой азотного охлаждения.
Процесс замораживания пищевых продуктов жидким азотом длится 7 мин; для замораживания другими методами необходимо от 3 до 48 ч.
Исследования по использованию «отбросного» азота действующих кислороднодобывающих станций для хранения посевного фонда различных культур, а также овощей и фруктов подтверждают высокую эффективность этого способа хранения и указывают на необходимость строительства крупных централизованных механизированных хранилищ, обеспеченных регулируемой средой с повышенным содержанием азота.
В настоящее время предприятия химической и металлургической промышленности, где высокочистый азот служит защитной средой в производстве транспортной стали, белой жести, при отжиге металлов и их оцинковании, алюминировании и т.п., сооружают воздухоразделительные станции различной производительности для получения промышленного азота.
Помимо традиционных сфер перспективно применение жидкого азота как хладоагента при холодной обработке металлов, что увеличивает срок их службы в десятки раз, жидким азотом охлаждают лазеры и мазеры.
Крупным потребителем жидкого азота является ракетная техника. При моделировании условий космического пространства жидкий кислород выполняет роль защитных экранов камер. Крупные установки потребляют около 3 тыс. т/месяц жидкого азота, который используют для азотирования ракетного топлива, а также для испытаний частей ракеты при низких температурах.
Кроме того, жидкий азот используют для продувки составных частей ракет и быстрого контактного охлаждения аэродинамической трубы при испытании самолетов. С помощью жидкого азота в криогенной технике осуществляет производство жидкого гелия и его хранение, а также хранение жидкого кислорода. Специалистами МЧС на практике постоянно применяется жидкий азот для тушения лесных пожаров, а также пожаров в шахтах, замораживания плавунных грунтов при проходке тоннелей метрополитенов и т.п.
Библиографический список
- Диденко Д.Д. Кислородазотдобывающая станция АКДС-70М: Учебное пособие Ч.1. – Воронеж, ВВВАИУ, 1988. – 138 с.
- Кокарев М.А., Дзюбенко О.Л., Чмутин Е.В., Суязов Д.С. Перспективы применения новых кислородных систем в авиации // Современные научные исследования и инновации 2016. № 4 [Электронный ресурс] URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/04/66530