Как получают промышленный кислород

Еще со школьного курса химии известно, какой элемент является самым распространенным на нашей планете. Поэтому неудивительно, что кислород технический имеет широкое применение во многих сферах жизнедеятельности. В частности, некоторые технологические операции, которые связанны с металлообработкой, осуществляются при непосредственном участии этого газа.

В
настоящее время кислород получают
многими способами. Основным промышленным
способом получения кислорода является
криогенная ректификация, которая
использует разность в температурах
кипения азота и кислорода. Таким способом
получают кислород разной степени
чистоты, вплоть до концентрации 99,9%.
Также хорошо известны и успешно
применяются в промышленности кислородные
установки, работающие на основе мембранной
технологии — воздух под высоким давлением
пропускают через специальные
фторопластовые, стеклянные или иные
мембраны, способные пропускать только
молекулы кислорода. В лабораториях же
пользуются кислородом промышленного
производства, поставляемым в стальных
баллонах под давлением около 15 МПа.

Далее
рассмотрим основные лабораторные методы
получения кислорода (Таблица 1):

Таблица
1. Лабораторные методы получения кислорода

Общие сведения

Химический элемент O (лат. Oxygenium (Оксиген)) входит в состав большого количества соединений. Его массовая составляющая в земле равняется 50%, в воде – 86%, в воздухе – 23%. В нормальных условиях – это газообразное вещество, не обладающее цветом и запахом, а также активно поддерживающее горение. При температуре -182,97°C и нормальном атмосферном давлении технический кислород переходит в жидкую фазу, а при -218,4°C кристаллизуется. При этом масса 1 л жидкости составляет 1,13 кг.

Поскольку оксиген обладает высокой химической активностью, он легко входит в реакцию практически со всеми элементами. Исключение составляют лишь инертные вещества. Например, аргон, широко применяемый в сварочном процессе, о котором можно прочитать в статье: газ аргон – химические свойства и сфера применения.

Кислород является самым распространенным элементом на планете

Кислород и его
роль в интенсификации многих технологических
процессов химических, металлургических
и других производств; внедрение
прогрессивной технологии, снижение
загрязнения воздуха и окружающей среды.
Использование в промышленности других
продуктов разделения воздуха.
Характеристика промышленных потребителей
по расходам, концентрации влажности и
другим параметрам используемого
кислорода и азота. Специфика режимов и
графиков потребления. Определение
потребности предприятия, его цехов и
установок в кислороде и азоте.

Методы промышленного
получения кислорода и азота. Роль
отечественных ученых в развитии и
создании воздухоразделительной техники.

Воздухоразделительные
установки; используемые в них
термодинамические процессы и холодильные
циклы. Особенности низкотемпературного
разделения воздуха на компоненты.
Однократная и двукратная ректификация.

Современные
воздухоразделительные установки; их
классификация, технологические схемы,
области применения, энергетические и
экономические показатели, используемые
материалы. Методы расчета технологических
схем воздухоразделительных установок.

Промышленные
станции производства продуктов разделения
воздуха; выбор типа и количества установок
на станции, режимов работы, методы
аккумулирования продукции, способов
резервирования установок.

Назначение,
конструкции, режимы работы и основные
элементы расчета оборудования
разделительных станций.

Типовые компоновки
воздухоразделительных станций.
Энергетические и экономические показатели
воздухоразделительных станций.
Возможности снижения себестоимости
при комплексном использовании всех
продуктов разделения воздуха.

Требования охраны
труда, противопожарной техники и
гражданской обороны при проектировании
и эксплуатации воздухоразделительных
станций.

Получение кислорода

Всего получено оценок: 238.

Кислород появился в земной атмосфере с возникновением зелёных растений и фотосинтезирующих бактерий. Благодаря кислороду аэробными организмами осуществляется дыхание или окисление. Важно получение кислорода в промышленности – он используется в металлургии, медицине, авиации, народном хозяйстве и других отраслях.

Свойства

Кислород – восьмой элемент периодической таблицы Менделеева. Это газ, поддерживающий горение и осуществляющий окисление веществ.

Рис. 1. Кислород в таблице Менделеева.

Официально кислород был открыт в 1774 году. Английский химик Джозеф Пристли выделил элемент из оксида ртути:

Однако Пристли не знал, что кислород является частью воздуха. Свойства и нахождение в атмосфере кислорода позже уставил коллега Пристли – французский химик Антуан Лавуазье.

Общая характеристика кислорода:

Рис. 2. Жидкий кислород.

Присутствие кислорода легко проверить, опустив в сосуд с газом тлеющую лучину. При наличии кислорода лучина вспыхивает.

Как получают

Известно несколько способов получения кислорода из различных соединений в промышленных и лабораторных условиях. В промышленности кислород получают из воздуха путём его сжижения под давлением и при температуре в -183°С. Жидкий воздух подвергают испарению, т.е. постепенно нагревают. При -196°C азот начинает улетучиваться, а кислород сохраняет жидкое состояние.

В лаборатории кислород образуется из солей, пероксида водорода и в результате электролиза. Разложение солей происходит при нагревании. Например, хлорат калия или бертолетову соль нагревают до 500°С, а перманганат калия или марганцовку – до 240°С:

Рис. 3. Нагревание бертолетовой соли.

Также можно получить кислород путём нагревания селитры или нитрата калия:

При разложении пероксида водорода используется оксид марганца (IV) – MnO2, углерод или порошок железа в качестве катализатора. Общее уравнение выглядит следующим образом:

Электролизу подвергается раствор гидроксида натрия. В результате образуется вода и кислород:

Также кислород с помощью электролиза выделяют из воды, разложив её на водород и кислород:

Как применяют

Собирание и распознавание необходимо для выделения чистого кислорода, использующегося в промышленности для окисления веществ, а также для поддержания дыхания в космосе, под водой, в задымлённых помещениях (кислород необходим пожарным). В медицине баллоны кислорода помогают дышать пациентам с затруднённым дыханием. Также кислород используется для лечения респираторных заболеваний.

Кислород применяют для сжигания топлива – угля, нефти, природного газа. Кислород широко применяется в металлургии и машиностроении, например, для плавки, резки и сварки металла.

Что мы узнали?

Кислород – бесцветный газ, необходимый для дыхания и используемый в промышленности. Кислород получают путём сжижения и испарения воздуха, электролизом воды или гидроксида натрия, выделяют из солей и пероксида водорода. Кислород используется для поддержания дыхания в местах с ограниченным запасом кислорода или его отсутствием, а также в промышленности для сжигания топлива и производства металла.

Тест по теме

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Оценка доклада

А какая ваша оценка?

Большое количество
кислорода используется в промышленности,
в медицине, в других областях человеческой
деятельности. Промышленные количества
кислорода получают из жидкого воздуха.
Сначала воздух сжимают мощными
компрессорами – при этом он, как любой
сжимаемый газ, сильно нагревается. Если
вам приходилось энергично накачивать
велосипедную камеру, то вы должны
помнить, что корпус насоса и шланг
нагреваются довольно заметно.

Сжатый воздух в
больших баллонах-емкостях охлаждается.
Затем его подвергают быстрому расширению
через узкие каналы, снабженные турбинками
для дополнительного отбора энергии у
молекул газа. Эти устройства называются
турбодетандерами. При расширении любого
газа всегда происходит его охлаждение.
Если газ был сжат очень сильно, то его
расширение может привести к такому
сильному охлаждению, что часть воздуха
сжижается.

Жидкий воздух
собирают в специальные сосуды, называемые
сосудами Дьюара (рис. 6-2).

Сосуд Дьюара для
хранения и транспортировки сжиженных
газов и его устройство. Из пространства
между внутренней и внешней стенками
сосуда откачан воздух. Вакуум практически
не проводит тепло, поэтому жидкий газ,
даже имея очень низкую температуру,
может сохраняться в таком сосуде
длительное время.

Как вы уже знаете,
жидкий кислород кипит при более «высокой»
температуре (-183 оС), чем жидкий азот
(-196 оС). Поэтому при «нагревании»
жидкого воздуха, когда температура этой
очень холодной жидкости медленно
повышается от -200 оС до -180 оС, прежде
всего при -196 оС перегоняется азот
(который опять сжижают) и только следом
перегоняется кислород. Если такую
перегонку жидких азота и кислорода
произвести неоднократно, то можно
получить весьма чистый кислород. Обычно
его хранят в сжатом виде в стальных
баллонах, окрашенных в голубой цвет.
Характерная голубая окраска баллонов
нужна для того, чтобы нельзя было спутать
кислород с каким-нибудь другим сжатым
газом.

Аппаратура для
промышленного получения кислорода, как
мы видим, очень сложна и энергоемка. В
лаборатории кислород удобнее получать
из его соединений с другими элементами.

Чаще всего кислород
получают нагреванием таких веществ (в
состав которых кислород входит в
связанном виде), как перманганат калия
(марганцовка), хлорат калия (бертолетова
соль), нитрат калия (селитра):

2 KClO3=2 KCl+3 O2

2 KNO3=2 KNO2+O2

Удобно получать
кислород в лаборатории из пероксида
водорода:

2 H2O2=2 H2O+ O2

Пероксид водорода
обычно используется в виде 3%-ного водного
раствора. Многие из вас знакомы с ним,
потому что такой раствор применяется
как дезинфицирующее средство при
обработке царапин и мелких ран. Он мало
устойчив и уже при стоянии медленно
разлагается на кислород и воду. Попав
на царапину или ранку, пероксид начинает
выделять кислород гораздо интенсивнее
(сильно пузырится, шипит). Дело здесь в
том, что кровь содержит особые вещества
(катализаторы), которые ускоряют реакцию
разложения пероксида водорода.
Катализаторы – это вещества, способные
ускорять химические превращения, сами
оставаясь при этом неизменными (более
подробно о них рассказывается в следующей
книге).

Катализаторами
разложения Н2О2 могут служить многие
вещества, в том числе и неорганические:
диоксид марганца (MnO2), древесный уголь
(углерод), железный порошок. Существуют
и «антикатализаторы» – то есть
вещества, замедляющие химическое
превращение. Такие замедлители химических
реакций называются ингибиторами.
Например, фосфорная кислота Н3РО4 по
каким-то причинам препятствует разложению
пероксида водорода.

Интересен способ
получения кислорода из пероксидов
металлов, который раньше применяли на
подводных лодках, потому что одновременно
с выделением кислорода происходит
поглощение углекислого газа:

2 Na2O2+2 CO2=2 Na2CO3+O2

На современных
атомных подводных лодках, где имеется
мощный и почти неисчерпаемый источник
электрической энергии, есть возможность
получать кислород разложением воды под
действием электрического тока
(электролизом воды):

2 H2O=2 H2+O2

До официального
открытия кислорода химики, вероятно,
уже получали этот газ разными способами,
но не знали, что держат в руках новый
элемент.

Первооткрывателями
кислорода считаются шведский химик
Карл Шееле и английский естествоиспытатель
Джозеф Пристли. Шееле получил кислород
несколько раньше, но опубликовал свои
исследования позднее, чем Пристли.

Карл Шееле по
профессии был аптекарем, а по призванию
– химиком-экспериментатором. В течение
многих лет он изучал разложение
нагреванием множества веществ (среди
которых была и селитра KNO3) и получил
газ, который поддерживал дыхание и
горение. Свои исследования он опубликовал
в 1777 году в книге «Химический трактат
о воздухе и огне».

Джозеф Пристли
был священником, а в естественных науках
его интересовала прежде всего
«пневмохимия», т.е. изучение свойств
различных газов. Он был первым, кто
специально растворил газ в воде и
обнаружил, что вода стала удивительно
вкусной. Так была изобретена газированная
вода.

Затем Пристли, как
и Шееле, стал изучать газы, выделяемые
различными веществами при нагревании.
Получаемый газ он выводил через трубку
в сосуд, заполненный не водой, а ртутью.
Пристли уже убедился в том, что вода
слишком хорошо растворяет газы.

Среди веществ,
разложение которых изучил Пристли,
оказалось одно, известное еще алхимикам
под названием «меркуриус кальцинатус
пер се» или жженая ртуть. Это вещество
на современном химическом языке
называется оксидом ртути, а уравнение
его разложения при нагревании выглядит
следующим образом:

2 HgO=2 Hg+O2

Вы можете теперь
представить, как трудно было изучать
химию во времена, когда химические
формулы еще не были изобретены. То, что
мы только что записали коротким химическим
уравнением, Пристли описал в 1774 году
следующим образом: «Я поместил под
перевернутой банкой, погруженной в
ртуть, немного порошка «меркуриус
кальцинатус пер се». Затем я взял
небольшое зажигательное стекло и
направил лучи Солнца прямо внутрь банки
на порошок. Из порошка стал выделяться
воздух, который вытеснил ртуть из банки.
Я принялся изучать этот воздух. И меня
удивило, даже взволновало до глубины
моей души, что в этом воздухе свеча горит
лучше и светлее, чем в обычной атмосфере».

Разумеется, такое
описание реакции выглядит весьма
поэтично по сравнению с обычным химическим
уравнением. Зато уравнение точнее и
короче отражает суть произошедшей
химической реакции, его легче понять и
запомнить.

Промышленный
способ получения азота

Газ азот бесцветен
и нетоксичен, без вкуса и запаха. В
природе не воспламеняется при обычном
давлении и температуре. С увеличением
высоты концентрация азота увеличивается,
поскольку он легче воздуха. Бесцветной
жидкостью газ становится до точки
кипения в связи с охлаждением.

При определенных
температурных условиях и особом давлении
такая бесцветная жидкость превращается
в твердое бесцветное кристаллическое
вещество. Азот плохо растворим в воде
и во многих других жидкостях, плохо
проводит электричество и тепло.

Распространенность
в использовании азотного газа
обуславливается во многом его инертным
свойством. Но при высоком давлении и
температуре азот входит во взаимодействие
с отдельными видами активных металлов,
это может быть, например, литий или
магний, образовывая нитриды. А также
вступает в реакцию с определенными
газами. Например, кислородом и водородом.

Промышленный
способ получения азота основан, прежде
всего, на наличии на предприятии азотных
станций и определенного оборудования
для них. Существует несколько технологий
выделения азота из атмосферного воздуха.
Это адсорбционная, мембранная и криогенная
технология. Любой промышленный способ
получения азота выбирается исходя из
объемов потребления газа, сферы его
применения, экономической целесообразности.
При мембранном воздухоразделении
криогенная температура в разделении
газов не используется. Здесь процесс
основан на различии скоростей проникновения
газов через мембрану из полимера. Такой
промышленный способ получения азота
позволяет получить газ чистотой до
99,9% и по низкой цене.

Адсорбционная
технология производит азот селективным
поглощением адсорбентом, то есть
специальным веществом, воздушных
компонентов. Если в требованиях
присутствует большой объем азота со
средней чистотой, то промышленный способ
получения азота, использующий адсорбционную
технологию наиболее выгоден.

Криогенные установки
дают возможность получить азот в жидком
состоянии. Его дальнейшее применение
— это область медицины, фармацевтике,
сельском хозяйстве. С помощью криогенной
технологии производят большие объемы
азота, но сам процесс установки таких
азотных станций более трудоемкий, чем
установка других станций.

Промышленное получение кислорода

Кислоро́д (O 2
) — химически активный газ без цвета, вкуса и запаха.

Проще всего получить кислород из воздуха, поскольку воздух — не соединение, и разделить воздух на элементы не так уж трудно.

Основным промышленным способом получения кислорода из воздуха является криогенная ректификация, когда жидкий воздух разделяют на компоненты в ректификационных колоннах так же, как делят, например, нефть. Но чтобы превратить атмосферный воздух в жидкость, его нужно охладить до минус 196°С. Для этого последний нужно сжать, а затем дать ему расшириться и при этом заставить его производить механическую работу. Тогда в соответствии с законами физики воздух обязан охлаждаться. Машины, в которых это происходит, называют детандерами. Современные криогенные установки для разделения воздуха, в которых холод получают с помощью турбодетандеров, дают промышленности, прежде всего металлургии и химии, сотни тысяч кубометров газообразного кислорода.

Также успешно применяются в промышленности воздухоразделительные установки на основе мембранной или адсорбционной технологии.

Применение кислорода в промышленности и медицине

Возврат к списку

Чтобы уточнить стоимость или получить дополнительную консультацию,
вы можете позвонить по тел.: +7 (495) 545-44-62 или отправить запрос.

Хранение, транспортировка и меры предосторожности

Для хранения и перевозки O2 используются баллоны, имеющие голубой окрас и характерную надпись черного цвета. Вентиль изготавливается из латуни и снабжен правой резьбой. При этом арматура должна постоянно проверяться на исправность и герметичность. Хранится подобная тара в специально оборудованных складских помещениях или на открытом воздухе под навесом, который осуществляет защиту от солнечных лучей и осадков.

Перевозить кислородные баллоны необходимо на рессорном транспорте или автокарах, соблюдая горизонтальное положение. Хотя в некоторых случаях допускается вертикальное положение при перевозке, но только при наличии специального приспособления, которое исключает любые удары и падения.

В процессе эксплуатации во избежание опасных ситуаций следует придерживаться следующих мер безопасности:

Так точно нельзя обращаться с баллонами, заправленными газом

Кислород и его роль в интенсификации многих технологических процессов химических, металлургических и других производств.

Кислород (лат.
Oxygenium), О, химический элемент VI группы
периодической системы Менделеева;
атомный номер 8, атомная масса 15,9994. При
нормальных условиях Кислород газ без
цвета, запаха и вкуса. Трудно назвать
другой элемент, который играл бы на
нашей планете такую важную роль, как
Кислород.

Распространение
Кислорода в природе. Кислород — самый
распространенный химический элемент
на Земле. Связанный Кислород составляет
около 6/7 массы водной оболочки Земли —
гидросферы (85,82% по массе), почти половину
литосферы (47% по массе), и только в
атмосфере, где Кислород находится в
свободном состоянии, он занимает второе
место (23,15% по массе) после азота.
Изотопы, атом и
молекула Кислорода. Кислород имеет три
устойчивых изотопа: 16О, 17О и 18О, среднее
содержание которых составляет
соответственно 99,759%, 0,037% и 0,204% от общего
числа атомов Кислорода на Земле. Резкое
преобладание в смеси изотопов наиболее
легкого из них 16О связано с тем, что ядро
атома 16О состоит из 8 протонов и 8
нейтронов. А такие ядра, как следует из
теории атомного ядра, обладают особой
устойчивостью.

Физические
свойства Кислорода.
Кислород бесцветный газ, сгущающийся
при -182,9°С и нормальном давлении в
бледно-синюю жидкость, которая при
-218,7°С затвердевает, образуя синие
кристаллы. Плотность газообразного
Кислорода (при 0°С и нормальном давлении)
1,42897 г/л. Критическая температура
Кислорода довольно низка (Ткрит =
-118,84°С), то есть ниже, чем у Cl2, СО2, SO2 и
некоторых других газов; Ткрит = 4,97 Мн/м2
(49,71 ат). Теплопроводность (при 0°С)
23,86·10-3вт/(м·К). Молярная теплоемкость
(при 0°С) в дж/(моль·К) Сp = 28,9, Сv = 20,5, Сp/Сv
= 1,403. Диэлектрическая проницаемость
газообразного Кислорода 1,000547 (0°С),
жидкого 1,491. Вязкость 189 мпуаз (0°С).
Кислород мало растворим в воде: при 20°С
и 1 ат в 1 м3 воды растворяется 0,031 м3, а
при 0°С — 0,049 м3 Кислорода. Хорошими
твердыми поглотителями Кислорода
являются платиновая чернь и активный
древесный уголь.

Химические
свойства Кислорода.
Кислород образует химические соединения
со всеми элементами, кроме легких
инертных газов. Будучи наиболее активным
(после фтора) неметаллом, Кислород
взаимодействует с большинством элементов
непосредственно; исключение составляют
тяжелые инертные газы, галогены, золото
и платина; их соединения с Кислородом
получают косвенным путем. Почти все
реакции Кислорода с других веществами
— реакции окисления экзотермичны, то
есть сопровождаются выделением энергии.

С водородом при
обычных температурах Кислород реагирует
крайне медленно, выше 550°С эта реакция
идет со взрывом:

2Н2 + О2 = 2Н2О.

С серой, углеродом,
азотом, фосфором Кислород взаимодействует
при обычных условиях очень медленно.
При повышении температуры скорость
реакции возрастает и при некоторой,
характерной для каждого элемента
температуре воспламенения начинается
горение. Реакция азота с Кислородом
благодаря особой прочности молекулы
N2 эндотермична и становится заметной
лишь выше 1200°С или в электрическом
разряде: N2 + О2 = 2NO. Кислород активно
окисляет почти все металлы, особенно
легко — щелочные и щелочноземельные.
Активность взаимодействия металла с
Кислородом зависит от многих факторов
— состояния поверхности металла, степени
измельчения, присутствия примесей.

В процессе
взаимодействия вещества с Кислородом
исключительно важна роль воды. Например,
даже такой активный металл, как калий,
с совершенно лишенным влаги Кислородом
не реагирует, но воспламеняется в
Кислороде при обычной температуре в
присутствии даже ничтожных количеств
паров воды. Подсчитано, что в результате
коррозии ежегодно теряется до 10% всего
производимого металла.

Оксиды некоторых
металлов, присоединяя Кислород, образуют
перекисные соединения, содержащие 2 или
более связанных между собой атомов
Кислорода. Так, пероксиды Na2O2 и ВаО2
включают пероксидный ион О22-, надпероксиды
NaO2 и КО2 — ион О2-, а озониды NaO3, КО3, RbO3 и
CsO3 — ион О3-. Кислород экзотермически
взаимодействует со многими сложными
веществами. Так, аммиак горит в Кислороде
в отсутствии катализаторов, реакция
идет по уравнению: 4NH3 + ЗО2 = 2N2 + 6H2O.
Окисление аммиака кислородом в присутствии
катализатора дает NO (этот процесс
используют при получении азотной
кислоты). Особое значение имеет горение
углеводородов (природного газа, бензина,
керосина) — важнейший источник тепла в
быту и промышленности, например СН4 +
2О2 = CO2 + 2H2O. Взаимодействие углеводородов
с Кислородом лежит в основе многих
важнейших производственных процессов
— такова, например, так называемая
конверсия метана, проводимая для
получения водорода: 2СН4 + О2 + 2Н2О = 2СО2 +
6Н2. Многие органические соединения
(углеводороды с двойной или тройной
связью, альдегиды, фенолы, а также
скипидар, высыхающие масла и другие)
энергично присоединяют Кислород.
Окисление Кислородом питательных
веществ в клетках служит источником
энергии живых организмов.

Применение
Кислорода.
Технический Кислород используют в
процессах газопламенной обработки
металлов, в сварке, кислородной резке,
поверхностной закалке, металлизации и
других, а также в авиации, на подводных
судах и прочее. Технологический Кислород
применяют в химической промышленности
при получении искусственного жидкого
топлива, смазочных масел, азотной и
серной кислот, метанола, аммиака и
аммиачных удобрений, пероксидов металлов
и других химических продуктов. Жидкий
Кислород применяют при взрывных работах,
в реактивных двигателях и в лабораторной
практике в качестве хладагента.

Заключенный в
баллоны чистый Кислород используют для
дыхания на больших высотах, при космических
полетах, при подводном плавании и других
В медицине Кислород дают для вдыхания
тяжело больным, применяют для приготовления
кислородных, водяных и воздушных (в
кислородных палатках) ванн, для
внутримышечного введения и т. п.

Кислород в
металлургии широко применяется для
интенсификации ряда пирометаллургических
процессов. Полная или частичная замена
поступающего в металлургические агрегаты
воздуха кислородом изменила химизм
процессов, их теплотехнические параметры
и технико-экономические показатели.
Кислородное дутье позволило сократить
потери тепла с уходящими газами,
значительная часть которых при воздушном
дутье составлял азот. Не принимая
существенного участия в химических
процессах, азот замедлял течение реакций,
уменьшая концентрацию активных реагентов
окислительно-восстановительной среды.
При продувке Кислородом снижается
расход топлива, улучшается качество
металла, в металлургических агрегатах
возможно получение новых видов продукции
(например, шлаков и газов необычного
для данного процесса состава, находящих
специальное техническое применение) и
др.

Первые опыты по
применению дутья, обогащенного Кислородом,
в доменном производстве для выплавки
передельного чугуна и ферромарганца
были проведены одновременно в СССР и
Германии в 1932-33. Повышенное содержание
Кислорода в доменном дутье сопровождается
большим сокращением расхода последнего,
при этом увеличивается содержание в
доменном газе оксида углерода и повышается
его теплота сгорания. Обогащение дутья
Кислородом позволяет повысить
производительность доменной печи, а в
сочетании с газообразным и жидким
топливом, подаваемым в горн, приводит
к снижению расхода кокса. В этом случае
на каждый дополнительный процент
Кислорода в дутье производительность
увеличивается примерно на 2,5%, а расход
кокса снижается на 1%.

Кислород в
мартеновском производстве в СССР сначала
использовали для интенсификации сжигания
топлива (в промышленном масштабе Кислород
для этой цели впервые применили на
заводах «Серп и молот» и «Красное
Сормово» в 1932-33). В 1933 начали вдувать
Кислород непосредственно в жидкую ванну
с целью окисления примесей в период
доводки. С повышением интенсивности
продувки расплава на 1 м3/т за 1 ч
производительность печи возрастает на
5-10%, расход топлива сокращается на 4-5%.
Однако при продувке увеличиваются
потери металла. При расходе Кислорода
до 10 м3/т за 1 ч выход стали снижается
незначительно (до 1%). В мартеновском
производстве Кислород находит все
большее распространение. Так, если в
1965 году с применением Кислорода в
мартеновских печах было выплавлено
52,1% стали, то в 1970 уже 71%.

Опыты по применению
Кислорода в электросталеплавильных
печах в СССР были начаты в 1946 на заводе
«Электросталь». Внедрение кислородного
дутья позволило увеличить производительность
печей на 25-30%, снизить удельный расход
электроэнергии на 20-30%, повысить качество
стали, сократить расход электродов и
некоторых дефицитных легирующих добавок.
Особенно эффективной оказалась подача
Кислорода в электропечи при производстве
нержавеющих сталей с низким содержанием
углерода, выплавка которых сильно
затрудняется вследствие науглероживающего
действия электродов. Доля электростали,
получаемой в СССР с использованием
Кислорода, непрерывно росла и в 1970
составила 74,6% от общего производства
стали.

В ваграночной
плавке обогащенное Кислородом дутье
применяется главным образом для высокого
перегрева чугуна, что необходимо при
производстве высококачественного, в
частности высоколегированного, литья
(кремнистого, хромистого и т. д.). В
зависимости от степени обогащения
Кислородом ваграночного дутья на 30-50%
снижается расход топлива, на 30-40%
уменьшается содержание серы в металле,
на 80-100% увеличивается производительность
вагранки и существенно (до 1500°С) повышается
температура выпускаемого из нее чугуна.

Кислород в цветной
металлургии получил распространение
несколько позже, чем в черной. Обогащенное
Кислородом дутье используется при
конвертировании штейнов, в процессах
шлаковозгонки, вельцевания, агломерации
и при отражательной плавке медных
концентратов. В свинцовом, медном и
никелевом производстве кислородное
дутье интенсифицировало процессы
шахтной плавки, позволило снизить расход
кокса на 10-20%, увеличить проплав на 15-20%
и сократить количество флюсов в отдельных
случаях в 2-3 раза.

Обогащение
Кислородом воздушного дутья до 30% при
обжиге цинковых сульфидных концентратов
увеличило производительность процесса
на 70% и уменьшило объем отходящих газов
на 30%.

Кислород технический для газопламенной обработки металла

Это важнейший элемент для сварочного процесса и резки металлических изделий. При его сжигании образуется пламя, которое может достигать 3000°C, что позволяет осуществлять сварку многих металлов. Для газопламенной обработки кислородное содержание газа должно быть не менее 99,2-99,5%. При более низкой чистоте уменьшается качество обработки и увеличивается расход. Хотя для нетребовательных видов сварки можно использовать концентрацию в пределах 92-98%.

Во время сварочных операций и резки газ подается из баллонов, специализированных установок или автономных станций. При больших объемах его целесообразнее и безопаснее хранить в жидком состоянии. Однако, в таком случае придется дополнительно использовать газификационные установки, реализующие переход жидкой фазы в паровую.

Так выглядит металл, который подвергается резке с использованием кислорода

При испарении 1 л O2 образуется 860 дм³ газа. Для сравнения, при испарении такого же количества углекислоты образуется 506 дм³ газа. Кстати, об особенностях эксплуатации CO2 можно прочитать в статье: углекислота: где заправить – вопрос не праздный.

Другое применение в промышленной сфере

Газопламенная обработка – это не единственное сфера использования О2 в металлургической промышленности. Он используется как вспомогательный газ для лазерной и плазменной резки, добавляется в незначительных количествах в защитные смеси для повышения производительности и уменьшения пористости сварочного шва, применяется для резки копьем и др.

Информацию по другим техническим газам вы найдете в этом разделе нашего блога.

Заправить кислородные баллоны можно в компании «Промтехгаз». После заказа, вам своевременно доставят заправленные сосуды, обменяв их на пустую тару.

Способы производства

Существует два основных метода получения чистого O2:

«Воздушный» метод считается наиболее выгодным. Чтобы получить кислород технический в объеме 1 м³ данным способом, расходуется порядка 0,5-1,5 кВт/ч электричества. Тогда как для электролиза требуется 10-20 кВт/ч.

На рисунке изображен «воздушный» способ получения

Свойства кислорода

При
нормальных условиях кислород — это газ
без цвета, вкуса и запаха. Немного тяжелее
воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9
мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при +50 °C) и спирте
(2,78 мл/100 г при +25 °C). Хорошо растворяется
в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1
объёме Ag при +961 °C). Хорошо растворяется
в перфторированных углеводородах (20-40
об/об %).

Является
парамагнетиком. В жидком виде притягивается
магнитом.

Жидкий
кислород (температура кипения −182,98 °C)
— это бледно-голубая жидкость (Рисунок
3).

Рис.
3 Жидкий кислород

Рис.
4 Твердый кислород

Сильный
окислитель, самый активный неметалл
после фтора, образует бинарные соединения
со всеми элементами, кроме гелия, неона,
аргона. Наиболее распространенная
степень окисления −2. Как правило,
реакция окисления протекает с выделением
тепла и ускоряется при повышении
температуры.

Окисляет
соединения, которые содержат элементы
с не максимальной степенью окисления
и большинство органических соединений
в реакциях горения до образования
углекислого газа и воды. (Уравнение 6)
При определенных условиях можно провести
мягкое окисление органического вещества.

Кислород
реагирует непосредственно (при нормальных
условиях, при нагревании и/или в
присутствии катализаторов) со всеми
простыми веществами, кроме Au и инертных
газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами
происходят под воздействием электрического
разряда или ультрафиолета. Косвенным
путём получены оксиды золота и тяжёлых
инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных
соединениях кислорода с другими
элементами кислород играет роль
окислителя, кроме соединений со фтором.

В
соединениях со фтором кислород способен
демонстрировать степень окисления,
отличную от всем известной:

В
свободном виде элемент существует в
двух аллотропных модификациях: O2
и O3
(озон).
Как установили в 1899 году Пьер Кюри и
Мария Склодовская-Кюри, под воздействием
ионизирующего излучения O2
переходит в O3.

Рис.
5 Жидкий озон

90%
всего озона находится в стратосфере, в
том числе в составе озонового слоя.
Однако остальные 10% озона, находящиеся
в тропосфере, являются загрязнителем,
который может угрожать здоровью людей
и животных, а также повреждает растения.

Озон
— мощный окислитель, намного более
реакционноспособный, чем двухатомный
кислород. Окисляет почти все металлы
(за исключением золота, платины и иридия)
до их высших степеней окисления. Окисляет
многие неметаллы. Продуктом реакции в
основном является кислород.

Озон
образуется во многих процессах,
сопровождающихся выделением атомарного
кислорода, например, при разложении
перекисей, окислении фосфора.

Применение
озона обусловлено его свойствами
сильного окисляющего реагента:

Так
же озонаторы (Рисунок 6) устанавливают
в поликлиниках, детских садах и школах
для дезинфекции воздуха, особенно в
периоды сезонного распространения
гриппа и простуды.