Технические газы¶

Технические газы — это собирательное название промышленных газов, производимых в больших объёмах и применяемых в различных отраслях промышленности, строительстве, медицине и научных исследованиях. К техническим газам относятся как индивидуальные химические вещества (азот, кислород, аргон, углекислый газ, водород, гелий, ацетилен), так и их смеси. В отличие от особо чистых газов для электроники или лабораторных нужд, технические газы допускают определённое содержание примесей, регламентированное государственными стандартами.

¶Классификация

По физико-химическим свойствам технические газы делят на несколько групп:

• Инертные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон. Отличаются низкой химической активностью, используются для создания защитных атмосфер.
• Горючие газы — водород, ацетилен, метан, пропан-бутановые смеси. Применяются как топливо или сырьё для газовой сварки и резки.
• Окислители — кислород, закись азота. Поддерживают горение, участвуют в химических реакциях.
• Сжиженные углеводородные газы (СУГ) — пропан, бутан и их смеси, используемые как топливо и хладагенты.
• Кислотные и щелочные газы — углекислый газ, сернистый ангидрид, аммиак.

По способу хранения выделяют сжатые (до 15–20 МПа), сжиженные (под давлением при низких температурах) и криогенные (жидкие при температуре ниже −100 °C) газы.

¶Производство

Промышленное получение технических газов осуществляется тремя основными методами:

1. Криогенная ректификация воздуха — основной способ получения азота, кислорода и аргона. Воздух сжижают при температуре около −190 °C, затем разделяют на фракции по температурам кипения. Процесс реализуется на крупных воздухоразделительных установках (ВРУ) производительностью до десятков тысяч кубометров в час.
2. Адсорбционные и мембранные технологии — используются для получения азота и кислорода средней чистоты (95–99,9 %) на небольших установках. Основаны на избирательном поглощении молекул цеолитами или прохождении через полимерные мембраны.
3. Химические методы — получение водорода (конверсией метана или электролизом воды), ацетилена (карбидным или пиролизным способом), углекислого газа (из дымовых газов или как побочный продукт производства аммиака).

После получения газы подвергаются осушке, очистке от примесей и компримированию. Доставка потребителям осуществляется в баллонах (стальных, объёмом 40–50 л), в криогенных цистернах для жидких продуктов или по трубопроводам.

¶Применение

¶Металлургия и машиностроение

Кислород используется в конвертерном производстве стали, для интенсификации доменной плавки. Аргон и азот применяются для продувки расплавов, создания защитной атмосферы при сварке и разливке металлов. Ацетилен и пропан — горючие газы для газовой сварки и кислородной резки.

¶Химическая промышленность

Азот служит сырьём для синтеза аммиака и азотной кислоты, используется для продувки аппаратов и создания инертной среды. Водород участвует в процессах гидрогенизации, производстве метанола и аммиака. Углекислый газ применяется в производстве соды, сухого льда и газированных напитков.

¶Строительство

Пропан-бутановые смеси используются для газопламенной обработки материалов, сушки и обогрева строительных площадок. Углекислый газ применяется при производстве газобетона и для карбонизации бетонных изделий.

¶Медицина и пищевая промышленность

Кислород медицинский применяется для дыхания пациентов, в барокамерах и наркозных аппаратах. Углекислый газ используется для создания модифицированной газовой среды при упаковке продуктов, закись азота — как анестетик. Жидкий азот применяется в криохирургии и для криоконсервации биоматериалов.

¶Энергетика

Водород рассматривается как перспективное экологически чистое топливо. Гелий используется для охлаждения сверхпроводящих магнитов в термоядерных установках и томографах. Углекислый газ применяется в качестве рабочего тела в некоторых типах тепловых насосов.

¶Транспортировка и хранение

Основные способы доставки технических газов:

• Баллоны — стальные или композитные сосуды под давлением до 20 МПа. Наиболее распространённая тара для малых и средних потребителей. Баллоны окрашиваются в стандартные цвета: кислород — голубой, азот — чёрный, аргон — серый, ацетилен — белый.
• Криогенные ёмкости — сосуды Дьюара и танк-контейнеры для хранения и перевозки жидких газов (кислород, азот, аргон) при температуре кипения.
• Газопроводы — стационарные трубопроводы для подачи кислорода, азота, водорода на крупные промышленные предприятия.
• Газовые рампы — стационарные установки для группового подключения баллонов и снижения давления.

¶Безопасность

Работа с техническими газами требует соблюдения строгих правил безопасности. Кислород в смеси с маслами и жирами образует взрывоопасные соединения. Ацетилен и водород способны образовывать взрывоопасные смеси с воздухом в широком диапазоне концентраций. Сжиженные газы при утечке вызывают обморожение, а при испарении вытесняют кислород, создавая опасность удушья.

Баллоны подлежат периодическому освидетельствованию, их заполнение допускается не более чем на 95 % объёма для сжиженных газов. Помещения для хранения газов должны быть оборудованы вентиляцией и сигнализаторами загазованности.

¶Рынок технических газов

Мировой рынок технических газов оценивается в десятки миллиардов долларов США. Крупнейшими производителями являются международные компании Linde, Air Liquide, Air Products, а также российские предприятия «Линде Газ Рус» (дочерняя структура Linde), «Криогенмаш», «НИИ КМ» и региональные воздухоразделительные заводы. В России действует ГОСТ 5583-78 на кислород газообразный технический и медицинский, ГОСТ 9293-74 на азот, ГОСТ 10157-2016 на аргон.