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.

1. Диденко Д.Д. Кислородазотдобывающая станция АКДС-70М: Учебное пособие Ч.1. –  Воронеж, ВВВАИУ, 1988. – 138 с.
2. 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

Все статьи автора «Дзюбенко Олег Леонидович»