- 5 шагов к открытию станции по производству кислорода или азота
- В медицине
- Выгодные стороны адсорбционных установок нпк «грасис»
- История открытия
- Как добывают целебный кислород — фоторепортаж
- Как происходит доставка газобаллонного оборудования
- Как происходит производство стекла с использованием кислорода?
- Кислород и его получение
- Нахождение в природе
- Получение
- Преимущества дополнительной системы обогрева с использованием кислорода
- Применение кислорода в металлургии и металлообработке
- Применение кислорода в промышленности
- Физические свойства
- Химические свойства
5 шагов к открытию станции по производству кислорода или азота
Если вы задумались о покупке ВРУ, стоит учитывать некоторые нюансы
Составьте бизнес-план, который позволит оценить ваши текущие объемы потребления, запросы рынка на технический газ, свои возможности по оплате ВРУ и выгоду после запуска ее в работу. Если этот пункт сложно осуществить самостоятельно, обратитесь к поставщику криогенного оборудования, чтобы он помог в просчетах.
Важно учитывать тот факт, что в среднем срок окупаемости ВРУ составляет 5 лет. Окупаемость установки будет зависеть от стоимости электроэнергии (поскольку станция работает от электричества) и от цены по рынку на жидкий/ газообразный кислород или азот в вашем регионе.
Стоимость станции варьируется в зависимости от комплектации и рабочей кампании ВРУ.
В медицине
Основная статья: Кислородная терапия
Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления голубого цвета различной ёмкости от 1,2 до 10,0 литров под давлением до 15 МПа (150 атм) и используется для обогащения дыхательных газовых смесей в наркозной аппаратуре, при нарушении дыхания, для купирования приступа бронхиальной астмы, устранения гипоксии любого генеза, при декомпрессионной болезни, для лечения патологии желудочно-кишечного тракта в виде кислородных коктейлей.
Крупные медицинские учреждения могут использовать не сжатый кислород в баллонах, а сжиженный в сосуде Дьюара большой ёмкости. Для индивидуального применения медицинским кислородом из баллонов заполняют специальные прорезиненные ёмкости — кислородные подушки.
Для подачи кислорода или кислородо-воздушной смеси одновременно одному или двум пострадавшим в полевых условиях или в условиях стационара применяются кислородные ингаляторы различных моделей и модификаций. Достоинством кислородного ингалятора является наличие конденсатора-увлажнителя газовой смеси, использующего влагу выдыхаемого воздуха.
Для расчёта оставшегося в баллоне количества кислорода в литрах обычно величину давления в баллоне в атмосферах (по манометру редуктора) умножают на величину ёмкости баллона в литрах. Например, в баллоне вместимостью 2 литра манометр показывает давление кислорода 100 атм. Объём кислорода в этом случае равен 100 × 2 = 200 литров.
Выгодные стороны адсорбционных установок нпк «грасис»
Вас интересует производство кислорода используемым в промышленности способом? Вы хотели бы получать кислород при минимальных финансовых затратах? Научно-производственная компания «Грасис» поможет решить вашу задачу на самом высоком уровне. Мы предлагаем надежные и эффективные системы для получения кислорода из воздуха. Вот основные отличительные черты производимой нами продукции:
Кислород, вырабатываемый нашими воздухоразделительными адсорбционными установками, имеет чистоту до 95 % (с опцией доочистки до 99%). Газ с такими характеристиками широко используется в металлургии при сварке и резке металлов, в народном хозяйстве. В производимом нами оборудовании применяются современные технологии, которые обеспечивают уникальные возможности в сфере газоразделения.
Особенности наших адсорбционных кислородных установок:
Адсорбционные кислородные установки НПК «Грасис» – уникальное сочетание мирового конструкторского опыта производства газоразделительного оборудования и отечественных инновационных технологий.
История открытия
Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).
- 2HgO →ot 2Hg O2↑
Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье.
Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.
Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида.
Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория.
Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожжённых элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.
Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.
Как добывают целебный кислород — фоторепортаж
Александр Погожев,
12 августа 2021, 16:36 — REGNUM В Ставропольском крае в городе Невинномысск наладили производство кислорода для медучреждений. Ежедневно предприятие способно производить до восьми тонн, но долго хранить кислород нельзя.
Медицинский кислород применяют в «красной зоне», для ингаляционной анестезии, при оказании первой медицинской помощи. Раз в три-четыре дня приезжает машина с бочкой, в которую закачивается медицинский газ.
На производстве технический кислород производили всегда. Для того, чтобы запустить линию производства, персонал завода был обучен технологии, также была разработана документация, которая позволила внедрить фармацевтическую систему качества. Медицинский кислород должен быть с концентрацией от 99,5% до 99,9%. Все, что ниже, — это технический, дышать им категорически нельзя.
Чтобы получить кислород, нужно разделить атмосферный воздух при низких температурах. Путем низкотемпературной ректификации отделяют азот и аргон. Все происходит в одном из производственных корпусов завода.
В операторской следят за датчиками температур, давления, фиксируют показания, контролируют процесс разделения.
В заводской лаборатории кислород проверяют на отсутствие примесей, соответствие стандартам. Берут несколько литров из общего объема и пропускают через измерительный аппарат для анализа кислорода. Это система колб с медными пружинами, в которой по определенным признакам определяется количество кислорода.
Кроме медицинского кислорода, на предприятии также производят углекислый газ. Его используют в основном для газирования напитков.
Как происходит доставка газобаллонного оборудования
Заправка, доставка и обмен кислородных баллонов в Москве для металлургических и металлообрабатывающих предприятий осуществляется по простой и понятной схеме. Организация может купить новый баллон с кислородом или же обменять пустые аттестованные емкости на заправленные.
Перевозка баллонов с газом осуществляется квалифицированными работниками на специальном автотранспорте. Баллоны укладываются вентилями в одном направлении, для фиксации сосудов применяются прочные ленты и прокладки, предотвращающие удары. При перевозке соблюдаются все необходимые меры безопасности, скоростной режим не превышает 60 км/ч. В летнее время баллоны дополнительно предохраняют от воздействия прямых солнечных лучей.
Для хранения баллонов на территории металлургического или металлообрабатывающего предприятия должны быть предусмотрены одноэтажные вентилируемые склады, при постройке которых использовались негорючие материалы. Заправленные кислородные баллоны размещаются вертикально, отдельно от пустых емкостей и сосудов с горючими газами.
Как происходит производство стекла с использованием кислорода?
Производство стекла с применением кислорода осуществляется двумя способами:
- метод Фурко или вытягивание в вертикальном положении;
- флоат-метод или технология на расплавленном металле в горизонтальном положении;
- Флоат-метод характеризуется свойствами, которые сделали его более распространенным в промышленности изготовления стеклоизделий.
Какие преимущества характерны для флоат-метода:
- стекло отличается стабильной толщиной;
- поверхность материала высокого качества;
- отсутствие необходимости проведения дополнительной полировки;
- высокие показатели производительности процесса;
- отсутствие оптических погрешностей.
Это сделало флоат-стекло более востребованным в различных сферах применения.
Стекольная промышленность вместе с методом кислородного дутья получила решение важнейших вопросов, а именно показатели производительности стали расти, величина затрат в процессе плавления стекла — уменьшаться. Сжигание нуждается в кислороде, как в неком окислителе.
Существует два варианта подачи кислорода в смесь топлива:
- Насыщение воздуха химическим компонентом О.
- Кислородо-топливный способ.
В первом варианте воздушный поток при его подаче на горелки обогащается кислородом. Во втором — введение кислорода происходит по специальным трубкам. Их эксплуатация делает подачу химического элемента О более действенным, так как обеспечивает перераспределение определенной тепловой нагрузки на кислородно-топливные горелки.
Кислород и его получение
СВОЙСТВА КИСЛОРОДА И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА ИЗ ВОЗДУХА
СВОЙСТВА КИСЛОРОДА И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
Кислород О2 является наиболее распространенным элементом на земле. Он находится в большом количестве в виде химических соединений с различными веществами в земной коре (до 50% вес.), в соединении с водородом в воде (около 86% вес.) и в свободном состоянии в атмосферном воздухе в смеси главным образом с азотом в количестве 20,93% об. (23,15% вес.).
Кислород имеет большое значение в народном хозяйстве. Он широко применяется в металлургии; химической промышленности; для газопламенной обработки металлов, огневого бурения твердых горных пород, подземной газификации углей; в медицине и различных дыхательных аппаратах, например для высотных полетов, и в других областях.
В нормальных условиях кислород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса, не горючий, но активно поддерживающий горение. При весьма низких температурах кислород превращается в жидкость и даже твердое вещество.
Важнейшие физические константы кислорода следующие:
Кислород обладает большой химической активностью и образует соединения со всеми химическими элементами, кроме редких газов. Реакции кислорода с органическими веществами имеют резко выраженный экзотермический характер. Так, при взаимодействии сжатого кислорода с жировыми или находящимися в мелкодисперсном состоянии твердыми горючими веществами происходит мгновенное их окисление и выделяющееся тепло способствует самовозгоранию этих веществ, что может быть причиной пожара или взрыва. Это свойство особенно необходимо учитывать при обращении с кислородной аппаратурой.
Одним из важных свойств кислорода является способность его образовывать в широких пределах взрывчатые смеси с горючими газами и парами жидких горючих, что также может привести к взрывам при наличии открытого огня или даже искры. Взрывчатыми являются и смеси воздуха с газо- или парообразными горючими.
Кислород может быть получен: 1) химическими способами; 2) электролизом воды; 3) физическим способом из воздуха.
Химические способы, заключающиеся в получении кислорода из различных веществ, малопроизводительны и в настоящее время имеют лишь лабораторное значение.
Электролиз воды, т. е. разложение ее на составляющие — водород и кислород, осуществляется в аппаратах, называемых электролизерами. Через воду, в которую для повышения электропроводности добавляется едкий натр NaOH, пропускается постоянный ток; кислород собирается на аноде, а водород — на катоде. Недостатком способа является большой расход электроэнергии: на 1 м3 02 (кроме того, получается 2 м3 Н2) расходуется 12-15 квт.ч. Этот способ рационален при наличии дешевой электроэнергии, а также при получении электролитического водорода, когда кислород является отходом производства.
Физический способ заключается в разделении воздуха на составляющие методом глубокого охлаждения. Этот способ позволяет получать кислород практически в неограниченном количестве и имеет основное промышленное значение. Расход электроэнергии на 1 м3 О2 составляет 0,4-1,6 квт.ч, в зависимости от типа установки.
ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА ИЗ ВОЗДУХА
Атмосферный воздух в основном представляет собой механическую смесь трех газов при следующем объемном их содержании: азота — 78,09%, кислорода — 20,93%, аргона — 0,93%. Кроме того, в нем содержится около 0,03% углекислого газа и малые количества редких газов, водорода, закиси азота и др.
Главная задача при получении кислорода из воздуха заключается в разделении воздуха на кислород и азот. Попутно производится отделение аргона,-применение которого в специальных способах сварки непрерывно возрастает, а также и редких газов, играющих важную роль в ряде производств. Азот имеет некоторое применение в сварке как защитный газ, в медицине и других областях.
Сущность способа заключается в глубоком охлаждении воздуха с обращением его в жидкое состояние, что при нормальном атмосферном давлении может быть достигнуто в интервале температур от —191,8° С (начало сжижения) до -193,7° С (окончание сжижения).
Разделение жидкости на кислород и азот осуществляется путем использования разности температур их кипения, а именно: Ткип. о2 = -182,97° С; Ткип.N2 = -195,8° С (при 760 мм рт. ст.).
При постепенном испарении жидкости в газообразную фазу в первую очередь будет переходить азот, имеющий более низкую температуру кипения и по мере его выделения жидкость будет обогащаться кислородом. Многократное повторение этого процесса позволяет получить кислород и азот требуемой чистоты. Такой способ разделения жидкостей на составные части называется ректификацией.
Для производства кислорода из воздуха имеются специализированные предприятия, оснащенные высокопроизводительными установками. Кроме того, на крупных металлообрабатывающих предприятиях имеются свои кислородные станции.
Низкие температуры, необходимые для сжижения воздуха, получают с помощью так называемых холодильных циклов. Ниже кратко рассматриваются основные холодильные циклы, используемые в современных установках.
Холодильный цикл с дросселированием воздуха основан на эффекте Джоуля—Томсона, т. е. резком снижении температуры газа при свободном его расширении. Схема цикла приведена на рис. 2.
Воздух сжимается в многоступенчатом компрессоре 1 до 200 кгс/см2 и затем проходит через холодильник 2 с проточной водой. Глубокое охлаждение воздуха происходит в теплообменнике 3 обратным потоком холодного газа из сборника жидкости (ожижителя) 4. В результате расширения воздуха в дроссельном вентиле 5 он дополнительно охлаждается и частично сжижается.
Давление в сборнике 4 регулируется в пределах 1—2 кгс/см2. Жидкость периодически сливается из сборника в специальные емкости через вентиль 6. Несжиженная часть воздуха отводится через теплообменник, производя охлаждение новых порций поступающего воздуха.
Охлаждение воздуха до температуры сжижения происходит постепенно; при включении установки имеется пусковой период, в течение которого сжижения воздуха не наблюдается, а происходит лишь охлаждение установки. Этот период занимает несколько часов.
Достоинством цикла является его простота, а недостатком — относительно высокий расход электроэнергии — до 4,1 квт.ч на 1 кг сжиженного воздуха при давлении в компрессоре 200 кгс/см2; при меньшем давлении удельный расход электроэнергии резко возрастает. Данный цикл применяется в установках малой и средней производительности для получения газообразного кислорода.
Несколько более сложным является цикл с дросселированием и предварительным аммиачным охлаждением воздуха.
Холодильный цикл среднего давления с расширением в детандере основан на понижении температуры газа при расширении с отдачей внешней работы. Кроме того, используется и эффект Джоуля— Томсона. Схема цикла приведена на рис. 3.
Воздух сжимается в компрессоре 1 до 20-40 кгс/см2, проходит через холодильник 2 и затем через теплообменники 3 и 4. После теплообменника 3 большая часть воздуха (70-80%) направляется в поршневую расширительную машину-детандер 6, а меньшая часть воздуха (20-30%) идет на свободное расширение в дроссельный вентиль 5 и далее сборник 7, имеющий кран 8 для слива жидкости. В детандере 6
воздух, уже охлажденный в первом теплообменнике, производит работу — толкает поршень машины, давление его падает до 1 кгс/см2, за счет чего резко снижается температура. Из детандера холодный воздух, имеющий температуру около —100° С, выводится наружу через теплообменники 4 и 3, охлаждая поступающий воздух. Таким образом, детандер обеспечивает весьма эффективное охлаждение установки при сравнительно небольшом давлении в компрессоре. Работа детандера используется полезно и это частично компенсирует затрату энергии на сжатие воздуха в компрессоре.
Достоинствами цикла являются: сравнительно небольшое давление сжатия, что упрощает конструкцию компрессора и повышенная холодопроизводительность (благодаря детандеру), что обеспечивает устойчивую работу установки при отборе кислорода в жидком виде.
Холодильный цикл низкого давления с расширением в турбодетандере, разработанный акад. П. Л. Капицей, основан на применении воздуха низкого давления с получением холода только за счет расширения этого воздуха в воздушной турбине (турбодетандере) с производством внешней работы. Схема цикла приведена на рис. 4.
Воздух сжимается турбокомпрессором 1 до 6-7 кгс/см2, охлаждается водой в холодильнике 2 и поступает в регенераторы 3 (теплообменники), где охлаждается обратным потоком холодного воздуха. До 95% воздуха после регенераторов направляется в турбодетандер 4, расширяется до абсолютного давления 1 кгс/см2 с выполнением внешней работы и при этом резко охлаждается, после чего он подается в трубное пространство конденсатора 5 и конденсирует остальную часть сжатого воздуха (5%), поступающую в межтрубное пространство. Из конденсатора 5 основной поток воздуха направляется в регенераторы и охлаждает поступающий воздух, а жидкий воздух пропускается через дроссельный вентиль 6 в сборник 7, из которого сливается через вентиль 8. На схеме показан один регенератор, а в действительности их ставят несколько и включают поочередно.
Достоинствами цикла низкого давления с турбодетандером являются: более высокий к. п. д. турбомашин по сравнению с машинами поршневого типа, упрощение технологической схемы, повышение надежности и взрывобезопасности установки. Цикл применяется в установках большой производительности.
Разделение жидкого воздуха на составляющие осуществляется посредством процесса ректификации, сущность которого состоит в том, что образующуюся при испарении жидкого воздуха парообразную смесь азота и кислорода пропускают через жидкость с меньшим содержанием кислорода. Поскольку кислорода в жидкости меньше, а азота больше, то она имеет более низкую температуру, чем проходящий через нее пар, а это вызывает конденсацию кислорода из пара и обогащение им жидкости с одновременным испарением из жидкости азота, т. е. обогащение им паров над жидкостью.
Представление о сущности процесса ректификации может дать приведенная на рис. 5 упрощенная схема процесса многократного испарения и конденсации жидкого воздуха.
Принимаем, что воздух состоит только из азота и кислорода. Представим, что имеется несколько соединенных друг с другом сосудов (I—V), в верхнем находится жидкий воздух с содержанием 21% кислорода. Благодаря ступенчатому расположению сосудов жидкость будет стекать вниз и при этом постепенно обогащаться кислородом, а температура ее будет повышаться.
Допустим, что в сосуде II находится жидкость, содержащая 30% 02, в сосуде III — 40%, в сосуде IV — 50% и в сосуде V — 60% кислорода.
Для определения содержания кислорода в паровой фазе воспользуемся специальным графиком — рис. 6, кривые которого указывают содержание кислорода в жидкости и паре при различных давлениях.
Начнем испарять жидкость в сосуде V при абсолютном давлении 1 кгс/см2. Как видно из рис. 6, над жидкостью в этом сосуде, состоящей из 60% 02 и 40% N2, может находиться равновесный по составу пар, содержащий 26,5% 02 и 73,5% N2, имеющий такую же температуру, что и жидкость. Подаем этот пар в сосуд IV, где жидкость содержит только 50% 02 и 50% N2 и поэтому будет более холодной. Из рис. 6 видно, что над этой жидкостью пар может содержать лишь 19% 02 и 81% N2, и только в этом случае его температура будет равна температуре жидкости в данном сосуде.
Следовательно, подводимый в сосуд IV из сосуда V пар, содержащий 26,5% О2, имеет более высокую температуру, чем жидкость в сосуде IV; поэтому кислород пара конденсируется в жидкости сосуда IV, а часть азота из нее будет испаряться. В результате жидкость в сосуде IV обогатится кислородом, а пар над нею — азотом.
Аналогично будет происходить процесс и в других сосудах и, таким образом, при сливе из верхних сосудов в нижние жидкость обогащается кислородом, конденсируя его из поднимающихся паров и отдавая им свой азот.
Продолжая процесс вверх, можно получить пар, состоящий почти из чистого азота, а в нижней части — чистый жидкий кислород. В действительности процесс ректификации, протекающий в ректификационных колоннах кислородных установок, значительно сложнее описанного, но принципиальное его содержание такое же.
Независимо от технологической схемы установки и вида холодильного цикла процесс производства кислорода из воздуха включает следующие стадии:
1) очистка воздуха от пыли, паров воды и углекислоты. Связывание СО2 достигается пропусканием воздуха через водный раствор NaOH;
2) сжатие воздуха в компрессоре с последующим охлаждением в холодильниках;
3) охлаждение сжатого воздуха в теплообменниках;
4) расширение сжатого воздуха в дроссельном вентиле или детандере для его охлаждения и сжижения;
5) сжижение и ректификация воздуха с получением кислорода и азота;
6) слив жидкого кислорода в стационарные цистерны и отвод газообразного в газгольдеры;
7) контроль качества получаемого кислорода;
8) наполнение жидким кислородом транспортных резервуаров и наполнение баллонов газообразным кислородом.
Качество газообразного и жидкого кислорода регламентируется соответствующими ГОСТами.
По ГОСТу 5583-58 выпускается газообразный технический кислород трех сортов: высший — с содержанием не менее 99,5% О2, 1-й — не менее 99,2% О2 и 2-й — не менее 98,5% О2, остальное — аргон и азот (0,5—1,5%). Содержание влаги не должно превышать 0,07 г/ж3. Кислород, получаемый электролизом воды, не должен содержать водорода более 0,7% по объему.
По ГОСТу 6331-52 выпускается жидкий кислород двух сортов: сорт А с содержанием не менее 99,2% О2 и сорт Б с содержанием не менее 98,5% О2. Содержание ацетилена в жидком кислороде не должно превышать 0,3 см3/л.
Применяемый для интенсификации различных процессов на предприятиях металлургической, химической и других отраслей промышленности технологический кислород содержит 90—98% О2.
Контроль качества газообразного, а также и жидкого кислорода производится непосредственно в процессе производства с помощью специальных приборов.
Автор: Администрация
Нахождение в природе
Накопление O
2
в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1
. (3,85—2,45 млрд лет назад) — O
2
не производился
2
. (2,45—1,85 млрд лет назад) O
2
производился, но поглощался океаном и породами морского дна
3
. (1,85—0,85 млрд лет назад) O
2
выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4
. (0,85—0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление O
2
в атмосфере
5
. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание O
2
в атмосфере стабилизировалось
Кислород — самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе). Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород.
В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе (около 1015 тонн). Однако до появления первых фотосинтезирующих микробов в архее 3,5 млрд лет назад, в атмосфере его практически не было. Свободный кислород в больших количествах начал появляться в палеопротерозое (3—2,3 млрд лет назад) в результате глобального изменения состава атмосферы (кислородной катастрофы).
Наличие большого количества растворённого и свободного кислорода в океанах и атмосфере привело к вымиранию большинства анаэробных организмов. Тем не менее, клеточное дыхание с помощью кислорода позволило аэробным организмам производить гораздо больше АТФ, чем анаэробным, сделав их доминирующими.
С начала кембрия 540 млн лет назад содержание кислорода колебалось от 15 % до 30 % по объёму. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время.
Основная часть кислорода на Земле выделяется фитопланктоном Мирового океана. Около 60 % кислорода от используемого живыми существами расходуется на процессы гниения и разложения, 80 % кислорода, производимого лесами, уходит на гниение и разложение растительности лесов.
Деятельность человека очень мало влияет на количество свободного кислорода в атмосфере. При нынешних темпах фотосинтеза понадобится около 2000 лет, чтобы восстановить весь кислород в атмосфере.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.
В 2022 году датские учёные доказали, что свободный кислород входил в состав атмосферы уже 3,8 млрд лет назад.
Получение
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей.
Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной и азотной технологий.
2KMnO4 → K2MnO4 MnO2 O2↑
В лабораторных условиях получают также каталитическим разложением пероксида водорода Н2О2:
2Н2О2 → 2Н2О О2↑
Катализатором является диоксид марганца (MnO2) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода).
Кислород можно также получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO3:
2KClO3 → 2KCl 3O2↑
Катализатором также выступает MnO2.
Преимущества дополнительной системы обогрева с использованием кислорода
Участие химического элемента О в дополнительном обогреве печи приводит к следующим изменениям производительного процесса:
- показатели производительности печи заметно возрастают;
- качество изготавливаемой продукции повышается;
- объемы расходов топлива сокращаются;
- выбросы дымовых газов снижаются, в частности оксидов азота, углекислоты, твердых микрокомпонентов.
Стекольная промышленность рассматривает стремление к повышению показателей энергетической эффективности печей в качестве основной задачи, так как стоимость энергоносителей постоянно растет. Если задействовать кислород в процессе изготовления стекла, тем самым обеспечить дополнительный обогрев печей, то можно рассчитывать на снижение ежемесячных затрат на приобретение природного газа в существенных размерах.
Располагая информацией о повышении эффективности функционирования печей, многие крупные компании по производству стекла договариваются о сотрудничестве с криогенными станциями, которые расположены непосредственно рядом с ними. Однако это не выход, так как время от времени стоимость кубометра газа повышается, что снижает показатели эффективности его применения.
Мы рекомендуем приобрести и установить собственные кислородные и азотные станции. Это перестанет ограничивать вас в решениях и составлении планов затрат, что при зависимости от поставщиков бессмысленно и практически невозможно. Режим самостоятельного обеспечения позволит сократить расходы, связанные с закупкой газа.
Преимущества собственной кислородной станции:
- экономия при закупке газа;
- производство чистого качественного газа;
- уменьшение себестоимости готовой продукции;
- увеличение прибыли предприятия.
Мы производим адсорбционные генераторы кислорода и азота, обучаем персонал клиентов, устанавливаем оборудования «под ключ», проводим различные экспертизы и пр.
Применение кислорода в металлургии и металлообработке
Эксплуатация кислородных баллонов на металлургических предприятиях имеет особую значимость. Ни одна промышленная сфера не задействует такие объемы кислорода, как металлургия. Благодаря промышленному производству кислорода развилась технология воздухоразделения, появилось новое направление в сталеплавлении – конвертерная выплавка стали, увеличилась производительность доменных и сталеплавильных печей, улучшилось качество выпускаемых металлов.
Кислород используется в процессах:
- производства чугуна и стали;
- конвертерной выплавки стали;
- электросталеплавильного производства;
- кислородного дутья в доменных печах;
- изготовления ферросплавов;
- сварки металлоконструкций;
- выплавки цветных металлов;
- повышения эффективности операций обжига в цветной металлургии;
- прямого восстановления железа.
Во время обработки металлов кислородом вредные примеси выгорают быстрее и качественнее. При дутье кислородом сталь не насыщается азотом, а ее механические свойства улучшаются.
Применение кислорода в промышленности
Области применения кислорода обширны.
В металлургии он необходим для производства стали, которую получают из металлолома и чугуна. Во многих металлургических агрегатах для лучшего сжигания топлива используют воздух, обогащенный кислородом.
В авиации кислород используется как окислитель топлива в ракетных двигателях. Также он необходим для полетов в космос и в условиях, где нет атмосферы.
В области машиностроения кислород очень важен для резки и сварки металлов. Чтобы расплавить металл нужна специальная горелка, состоящая из металлических труб. Эти две трубы вставляются друг в друга. Свободное пространство между ними заполняют ацетиленом и зажигают.
Применение кислорода в целлюлозно-бумажной промышленности очень важно. Он используется для отбеливания бумаги, при спиртовании, при вымывании лишних компонентов из целлюлозы (делигнификация).
В химической промышленности кислород используется в качестве реагента.
Физические свойства
При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.
При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при 2000 °C — 0,03 %, при 2600 °C — 1 %, 4000 °C — 59 %, 6000 °C — 99,5 %.
Жидкий кислород (темп. кипения −182,98 °C) это бледно-голубая жидкость.
Твердый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:
α-О2 — существует при температуре ниже 23,65 К; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53° .β-О2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.
Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:δ-О2 интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы;ε-О2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония;
Химические свойства
Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:
- 4Li O2 → 2Li2O
- 2Sr O2 → 2SrO
Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:
- 2NO O2 → 2NO2↑
Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:
- 2C6H6 15O2 → 12CO2 6H2O
- CH3CH2OH 3O2 → 2CO2 3H2O
При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:
- CH3CH2OH O2 → CH3COOH H2O
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.
Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.
- 2Na O2 → Na2O2
- 2BaO O2 → 2BaO2
- H2 O2 → H2O2
- Na2O2 O2 → 2NaO2
- K O2 → KO2
- 3KOH 3O3 → 2KO3 KOH ∗ H2O 2O2↑
- PtF6 O2 → O2PtF6
В этой реакции, кислород проявляет восстановительные свойства.