Промышленный газ - Industrial gas

Промышленные газы - это газообразные материалы, которые производятся для использования в промышленности . Основные предоставляемые газы - это азот , кислород , диоксид углерода , аргон , водород , гелий и ацетилен , хотя многие другие газы и смеси также доступны в газовых баллонах. Отрасль, производящая эти газы, также известна как промышленный газ , что также включает поставку оборудования и технологий для производства и использования газов. Их производство является частью более широкой химической промышленности (где промышленные газы часто рассматриваются как « специальные химические вещества »).

Промышленные газы используются в широком спектре отраслей, включая нефтегазовую , нефтехимическую , химическую , энергетическую , горнодобывающую , сталеплавильную , металлы , защиту окружающей среды , медицину , фармацевтику , биотехнологию , продукты питания , воду , удобрения , ядерную энергетику , электронику и аэрокосмическую промышленность. . Промышленный газ продается другим промышленным предприятиям; Обычно это крупные заказы корпоративным промышленным клиентам, охватывающие диапазон размеров от строительства технологического объекта или трубопровода до поставки баллонного газа.

Некоторая коммерческая деятельность ведется, как правило, через местных агентов , которые поставляются оптом . Этот бизнес охватывает продажу или аренду газовых баллонов и сопутствующего оборудования торговцам, а иногда и населению. Сюда входят такие продукты, как баллонный гелий , газы для подачи пива в кеги , сварочные газы и сварочное оборудование, сжиженный нефтяной газ и медицинский кислород .

Розничные продажи газа в малых масштабах не ограничиваются только промышленными газовыми компаниями или их агентами. Для подачи сжиженного нефтяного газа, бутана, пропана, двуокиси углерода или закиси азота доступно большое количество переносимых вручную небольших газовых баллонов, которые можно назвать баллонами, баллонами, картриджами, капсулами или канистрами. Примерами являются зарядные устройства для взбитых сливок , powerlets , кемпинги и газированные напитки .

Ранняя история газов

Первым газом из естественной среды, использованным людьми, почти наверняка был воздух, когда было обнаружено, что при вдувании или раздувании огня он горит ярче. Люди также использовали теплые газы от огня для копчения пищи и пар от кипящей воды для приготовления пищи.

Двуокись углерода была известна с древних времен как побочный продукт брожения , особенно для напитков , что впервые было задокументировано датируемым 7000–6600 гг. До н.э. в Цзяху , Китай . Природный газ использовался китайцами примерно в 500 г. до н.э., когда они обнаружили возможность транспортировки газа, просачивающегося из-под земли в неочищенных трубопроводах из бамбука, туда, где он использовался для кипячения морской воды. Диоксид серы использовался римлянами в виноделии, поскольку было обнаружено, что горящие свечи из серы внутри пустых сосудов для вина сохраняют их свежесть и предотвращают появление запаха уксуса.

Раннее понимание состояло из эмпирических данных и протонауки в алхимии ; однако с появлением научных методов и науки о химии эти газы были положительно идентифицированы и поняты.

История химии говорит нам о том , что количество газов , были определены и либо обнаружены или первый сделано в относительно чистом виде во время промышленной революции 18 - го и 19 - го веков известных химиков в своих лабораториях . График приписываемых открытий для различных газов: углекислый газ (1754 г.), водород (1766 г.), азот (1772 г.), закись азота (1772 г.), кислород (1773 г.), аммиак (1774 г.), хлор (1774 г.), метан (1776 г.). , сероводород (1777), окись углерода (1800), хлористый водород (1810), ацетилен (1836), гелий (1868), фтор (1886), аргон (1894), криптон, неон и ксенон (1898) и радон (1899) ).

Углекислый газ, водород, закись азота, кислород, аммиак, хлор, диоксид серы и промышленный топливный газ уже использовались в 19 веке и в основном использовались в пищевых продуктах , холодильном оборудовании , медицине , а также для топливного и газового освещения . Например, газированная вода производилась с 1772 года, а в промышленных масштабах с 1783 года, хлор впервые был использован для отбеливания тканей в 1785 году, а закись азота была впервые использована для стоматологической анестезии в 1844 году. В то время газы часто генерировались для немедленного использования с помощью химических реакций . Ярким примером генератора является аппарат Киппса, который был изобретен в 1844 году и мог использоваться для генерации таких газов, как водород, сероводород , хлор, ацетилен и диоксид углерода, с помощью простых реакций выделения газа . Ацетилен производился коммерчески с 1893 года, а генераторы ацетилена использовались примерно с 1898 года для производства газа для газовой кухни и газового освещения , однако электричество стало более практичным для освещения, и после того, как сжиженный нефтяной газ начал коммерческое производство с 1912 года, использование ацетилена для приготовления пищи сократилось.

После того, как газы были обнаружены и произведены в небольших количествах, процесс индустриализации подстрекаемый инновации и изобретения по технологии для получения больших количеств этих газов. Известные разработки в области промышленного производства газов включают электролиз воды для производства водорода (в 1869 г.) и кислорода (с 1888 г.), процесс Брина для производства кислорода, который был изобретен в 1884 году, хлорно-щелочной процесс для производства хлора в 1892 году и Процесс Габера для производства аммиака в 1908 году.

Развитие использования в холодильном оборудовании также позволило достичь прогресса в кондиционировании воздуха и сжижении газов. Впервые диоксид углерода был сжижен в 1823 году. Первый цикл охлаждения с паровой компрессией с использованием эфира был изобретен Якобом Перкинсом в 1834 году, аналогичный цикл с использованием аммиака был изобретен в 1873 году, а другой цикл с использованием диоксида серы - в 1876 году. Жидкий кислород и жидкий азот были первыми. изготовлен в 1883 г .; Жидкий водород был впервые произведен в 1898 году, а жидкий гелий - в 1908 году. Впервые сжиженный нефтяной газ был произведен в 1910 году. Патент на СПГ был подан в 1914 году, а первое коммерческое производство было начато в 1917 году.

Хотя ни одно событие не знаменует собой начало индустрии промышленного газа, многие считают, что это было 1880-е годы, когда были построены первые газовые баллоны высокого давления . Первоначально баллоны в основном использовались для углекислого газа при газировании или розливе напитков. В 1895 году холодильно-компрессионные циклы были усовершенствованы, чтобы сделать возможным сжижение воздуха , в первую очередь Карлом фон Линде, позволившим производить большее количество кислорода, а в 1896 году открытие того, что большие количества ацетилена можно растворить в ацетоне и сделать его невзрывоопасным, позволило безопасный розлив в бутылки. ацетилен.

Особенно важным было развитие сварки и резки металла с использованием кислорода и ацетилена с начала 1900-х годов. По мере развития процессов производства других газов, гораздо больше газов стало продаваться в баллонах без необходимости использования газогенератора .

Технология добычи газа

Разделения воздуха установка точного воздуха в процессе разделения и так позволяют производить основную массу азота и аргона в дополнении к кислороду - эти три часто также получают , как криогенную жидкость . Для достижения требуемых низких температур дистилляции в блоке разделения воздуха (ASU) используется цикл охлаждения, который работает за счет эффекта Джоуля-Томсона . В дополнение к основным воздушным газам, разделение воздуха также является единственным практическим источником для производства редких благородных газов неона , криптона и ксенона .

Криогенные технологии также позволяют сжижение из природного газа , водорода и гелия . В переработке природного газа криогенные технологии используются для удаления азота из природного газа в блоке удаления азота ; процесс, который также можно использовать для производства гелия из природного газа, если месторождения природного газа содержат достаточно гелия, чтобы сделать это экономичным. Крупные промышленные газовые компании часто вкладывают средства в обширные патентные библиотеки во всех областях своего бизнеса, но особенно в криогенику.

Другая основная производственная технология в отрасли - это реформирование. Паровой риформинг - это химический процесс, используемый для преобразования природного газа и пара в синтез-газ, содержащий водород и монооксид углерода с диоксидом углерода в качестве побочного продукта . Частичное окисление и автотермический риформинг - аналогичные процессы, но для них также требуется кислород от ВРУ. Синтез-газ часто является предшественником химического синтеза аммиака или метанола . Образующийся диоксид углерода представляет собой кислый газ и обычно удаляется путем аминовой обработки . Этот отделенный диоксид углерода потенциально может быть поглощен в резервуар для улавливания углерода или использован для увеличения нефтеотдачи .

Технологии разделения воздуха и водородного риформинга являются краеугольным камнем индустрии промышленных газов, а также являются частью технологий, необходимых для газификации многих видов топлива (включая IGCC ), когенерации и схем преобразования газа в жидкости Фишера-Тропша . Водород имеет множество методов производства и может быть почти углеродно-нейтральным альтернативным топливом, если он производится электролизом воды (при условии, что электричество производится на атомной или другой электростанции с низким углеродным следом, а не на реформинге природного газа, который является доминирующим методом). Одним из примеров отказа от использования углеводородов являются Оркнейские острова; см. « Экономия водорода» для получения дополнительной информации об использовании водорода. жидкий водород используется НАСА в космических кораблях "Шаттл" в качестве ракетного топлива .

Более простые технологии разделения газов , такие как мембраны или молекулярные сита, используемые в адсорбции с переменным давлением или адсорбции с переменным давлением , также используются для производства газов воздуха низкой чистоты в генераторах азота и кислородных установках . Другими примерами производства меньшего количества газа являются химические генераторы кислорода или концентраторы кислорода .

Помимо основных газов, получаемых при разделении воздуха и реформинге синтез-газа, промышленность предоставляет множество других газов. Некоторые газы являются просто побочными продуктами из других отраслей промышленности, а другие иногда покупаются у других более крупных производителей химической продукции, очищаются и переупаковываются; хотя у некоторых есть собственные производственные процессы. Примерами являются хлорид водорода , полученный при сжигании водорода в хлоре, закись азота получают путем термического разложения из нитрата аммония при легком нагревании, электролиз для производства фтора, хлора и водорода, а также электрического коронного разряда для получения озона из воздуха или кислорода.

Могут быть предоставлены сопутствующие услуги и технологии, такие как вакуум , который часто используется в газовых системах больниц ; очищенный сжатый воздух ; или охлаждение . Еще одна необычная система - генератор инертного газа . Некоторые компании, производящие промышленный газ, также могут поставлять сопутствующие химические вещества , особенно жидкости, такие как бром и окись этилена .

Распределение газа

Режим газоснабжения

Большинство материалов, находящихся в газообразном состоянии при температуре и давлении окружающей среды, поставляется в виде сжатого газа. Газовый компрессор используется для сжатия газа в хранилища сосудов под давлением (например, газовых баллонов , газовых баллонов или трубок прицепов ) через трубопроводы системы. Газовые баллоны на сегодняшний день являются наиболее распространенным хранилищем газа, и большое их количество производится на предприятии по «наполнению баллонов» .

Однако не все промышленные газы поставляются в газовой фазе . Некоторые газы представляют собой пары, которые можно сжижать при температуре окружающей среды только под давлением , поэтому их также можно подавать в виде жидкости в подходящем контейнере. Этот фазовый переход также делает эти газы полезными в качестве хладагентов окружающей среды, и наиболее важными промышленными газами с этим свойством являются аммиак (R717), пропан (R290), бутан (R600) и диоксид серы (R764). Хлор также обладает этим свойством, но он слишком токсичен, вызывает коррозию и химически активен, чтобы его можно было использовать в качестве хладагента. Некоторые другие газы демонстрируют это фазовое изменение, если температура окружающей среды достаточно низкая; сюда входят этилен (R1150), диоксид углерода (R744), этан (R170), закись азота (R744A) и гексафторид серы ; однако они могут быть сжижены под давлением, только если они поддерживаются ниже их критических температур, которые составляют 9 ° C для C ₂ H ₄  ; 31 ° C для CO ₂  ; 32 ° C для C ₂ H ₆  ; 36 ° C для N ₂ O; 45 ° C для SF ₆ . Все эти вещества также представлены в виде газа (не пара) под давлением 200 бар в газовом баллоне, поскольку это давление выше их критического давления .

Постоянные газы (с критической температурой ниже температуры окружающей среды) могут подаваться в жидком виде только в том случае, если они также охлаждаются. Все газы потенциально могут использоваться в качестве хладагента при температурах, при которых они являются жидкими; например, азот (R728) и метан (R50) используются в качестве хладагента при криогенных температурах.

В исключительных случаях диоксид углерода может быть получен в виде холодного твердого вещества, известного как сухой лед , который сублимируется при нагревании в условиях окружающей среды, свойства диоксида углерода таковы, что он не может быть жидким при давлении ниже своей тройной точки 5,1 бар.

Ацетилен также поставляется иначе. Поскольку он настолько нестабилен и взрывоопасен, он поставляется в виде газа, растворенного в ацетоне, в упаковочной массе в цилиндре. Ацетилен - также единственный другой распространенный промышленный газ, который сублимируется при атмосферном давлении.

Доставка газа

Основные промышленные газы могут производиться наливом и доставляться потребителям по трубопроводам , но также могут быть упакованы и транспортированы.

Большинство газов продается в газовых баллонах, а некоторые продаются в виде жидкости в соответствующих контейнерах (например, Дьюара ) или в виде жидкости, доставляемой грузовиком. Первоначально промышленность поставляла газ в баллонах, чтобы избежать необходимости в производстве местного газа; но для крупных заказчиков, таких как сталелитейные заводы или нефтеперерабатывающие заводы , поблизости может быть построен крупный газодобывающий завод (обычно называемый «местным» объектом), чтобы избежать использования большого количества баллонов, соединенных вместе . В качестве альтернативы, промышленная газовая компания может поставлять установки и оборудование для производства газа, а не сам газ. Промышленная газовая компания может также предложить выступить в качестве оператора установки в соответствии с контрактом на эксплуатацию и техническое обслуживание газовой установки для клиента, поскольку она обычно имеет опыт эксплуатации таких установок для производства или обработки газов для себя.

Некоторые материалы опасны для использования в качестве газа; например, фтор обладает высокой реакционной способностью, и в промышленной химии, требующей фтора, вместо него часто используется фтористый водород (или фтористоводородная кислота ). Другой подход к преодолению реакционной способности газа состоит в том, чтобы генерировать газ по мере необходимости, что делается, например, с помощью озона .

Таким образом, возможными вариантами доставки являются местное производство газа, трубопроводы , транспортировка наливом ( автомобильный , железнодорожный , морской ) и упакованные газы в газовые баллоны или другие контейнеры.

Сливные жидкие газы часто переносятся в резервуары для хранения конечных пользователей . Газовые баллоны (и сосуды, содержащие сжиженный газ) часто используются конечными пользователями для собственных небольших распределительных систем. Баллоны с токсичным или легковоспламеняющимся газом часто хранятся конечными пользователями в газовых шкафах для защиты от внешнего возгорания или любой утечки.

Что определяет промышленный газ

Промышленный газ - это группа материалов, которые специально производятся для использования в промышленности и также являются газообразными при температуре и давлении окружающей среды. Это химические вещества, которые могут быть элементарным газом или химическим соединением, которое является органическим или неорганическим , и, как правило, представляют собой молекулы с низким молекулярным весом . Они также могут быть смесью отдельных газов. Они имеют ценность как химическое вещество; будь то в качестве сырья , в процессе усовершенствования, в качестве полезного конечного продукта или для конкретного использования; вместо того, чтобы иметь ценность как "простое" топливо .

Термин «промышленные газы» иногда узко определяется как просто основные продаваемые газы, а именно: азот, кислород, диоксид углерода, аргон, водород, ацетилен и гелий. Газы, не входящие в этот основной список, дают разные названия компаний, производящих промышленные газы, но в целом газы относятся к категориям «специальные газы», ​​« медицинские газы », « топливные газы » или « хладагенты ». Однако газы также могут быть известны по их использованию или по отраслям, которые они обслуживают, отсюда «сварочные газы» или « газы для дыхания » и т.д .; или по их источнику, например, «воздушные газы»; или по способу подачи, как в «упакованных газах». Основные газы можно также назвать «объемными газами» или «тоннажными газами».

В принципе, любой газ или газовая смесь, продаваемая «индустрией промышленных газов», вероятно, имеет какое-то промышленное применение и может быть названа «промышленным газом». На практике «промышленные газы», ​​скорее всего, представляют собой чистое соединение или смесь точного химического состава , упакованные или в небольших количествах, но с высокой чистотой или специально предназначенные для конкретного использования (например, оксиацетилен ). Списки наиболее важных газов перечислены в разделе «Газы» ниже.

Бывают случаи, когда газ обычно не называют «промышленным газом»; в основном, когда газ обрабатывается для последующего использования энергии, а не производится для использования в качестве химического вещества или препарата.

Нефтяная и газовая промышленность рассматривается как различно. Итак, хотя правда, что природный газ - это «газ», используемый в «промышленности» - часто как топливо, иногда как сырье, и в этом общем смысле это «промышленный газ»; этот термин обычно не используется промышленными предприятиями для углеводородов, добываемых в нефтяной промышленности непосредственно из природных ресурсов или на нефтеперерабатывающем заводе . Такие материалы, как СНГ и СПГ, представляют собой сложные смеси, часто не имеющие точного химического состава, который также часто изменяется во время хранения.

Нефтехимическая промышленность также рассматривается как различно. Таким образом, нефтехимические продукты (химические вещества, полученные из нефти ), такие как этилен , также обычно не называются «промышленными газами».

Иногда химическая промышленность рассматривается отдельно от промышленных газов; поэтому такие материалы, как аммиак и хлор, можно рассматривать как « химические вещества » (особенно если они поставляются в виде жидкости), а не как «промышленные газы».

Подача газа в небольших объемах из переносных контейнеров иногда не считается промышленным газом, поскольку его использование считается личным, а не промышленным; а поставщики не всегда являются специалистами по газу.

Эти разграничения основаны на предполагаемых границах этих отраслей (хотя на практике есть некоторые совпадения), и точное научное определение затруднено. Чтобы проиллюстрировать «перекрытие» между отраслями:

Промышленный топливный газ (например, городской газ ) исторически считался промышленным газом. Синтез-газ часто считается нефтехимической; хотя его производство является основной технологией промышленных газов. Аналогичным образом, проекты, использующие свалочный газ или биогаз , схемы преобразования отходов в энергию , а также производство водорода, демонстрируют перекрывающиеся технологии.

Гелий является промышленным газом, хотя его источником является переработка природного газа.

Любой газ может считаться промышленным газом, если он помещается в газовый баллон (за исключением, возможно, случая, когда он используется в качестве топлива).

Пропан будет считаться промышленным газом при использовании в качестве хладагента, но не при использовании в качестве хладагента при производстве СПГ, даже если это перекрывающаяся технология.

Газы

Элементарные газы

Известными химическими элементами, которые являются или могут быть получены из природных ресурсов (без трансмутации ) и которые являются газообразными, являются водород, азот, кислород, фтор, хлор, а также благородные газы; и все вместе они называются химиками «элементарными газами». Все эти элементы являются первичными, за исключением благородного газа радона, который представляет собой следы радиоизотопа, который встречается в природе, поскольку все изотопы являются радиогенными нуклидами в результате радиоактивного распада . Все эти элементы неметаллы .

( Синтетические элементы не имеют отношения к промышленной газовой промышленности; однако для научной полноты заметьте, что было высказано предположение, но не научно доказано, что металлические элементы 112 ( Copernicium ) и 114 ( Flerovium ) являются газами.)

Элементы , которые являются стабильными два атом гомоядерной молекулы , при стандартной температуре и давления (STP), представляют собой водород (Н ₂ ), азот (N ₂ ) и кислород (O ₂ ), плюс галогены фтор (F ₂ ) и хлор (Cl ₂ ). Эти благородные газы все одноатомные .

В промышленности по производству промышленных газов термин «элементарные газы» (или иногда менее точно «молекулярные газы») используется для отличия этих газов от молекул, которые также являются химическими соединениями .

Радон химически стабилен, но он радиоактивен и не имеет стабильного изотопа . Его наиболее стабильный изотоп , ²²² Rn , имеет период полураспада 3,8 дня. Его использование связано с его радиоактивностью, а не с химическим составом, и требует специального обращения, выходящего за рамки норм промышленной газовой промышленности. Однако он может быть получен как побочный продукт переработки урансодержащих руд . Радон - это следы естественного радиоактивного материала (NORM), встречающиеся в воздухе, обрабатываемом в ASU.

Хлор - единственный элементарный газ, который технически является паром, поскольку температура STP ниже его критической температуры ; в то время как бром и ртуть находятся в жидком состоянии в STP, и поэтому их пары находятся в равновесии с их жидкостью в STP.

Другие общепромышленные газы

В этом списке показаны другие наиболее распространенные газы, продаваемые промышленными газовыми компаниями.

Важные сжиженные газы

В этом списке представлены наиболее важные сжиженные газы:

• Производится из воздуха
  • жидкий азот (LIN)
  • жидкий кислород (LOX)
  • жидкий аргон (LAR)
• Произведено из разных источников
  • жидкий диоксид углерода
• Производится из углеводородного сырья
  • жидкий водород
  • жидкий гелий
• Газовые смеси, полученные из углеводородного сырья
  • Сжиженный природный газ (СПГ)
  • Сжиженный углеводородный газ (LPG)

Применение промышленных газов

Использование промышленных газов разнообразно.

Ниже приводится небольшой список областей использования:

Компании

• AGA AB (часть Linde Group )
• Airgas (часть Air Liquide )
• Air Liquide
• Air Products & Chemicals
• BASF
• BOC (часть Linde Group )
• Залив Крио
• Linde Group (ранее Linde AG )
• Мессер Групп
• MOX-Linde Газы
• Praxair (часть Linde Group )
• Nippon Gases (часть Taiyo Nippon Sanso Corporation )
• Matheson Tri-Gas (часть Taiyo Nippon Sanso Corporation )
• Ротарекс

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки

• СМИ, связанные с промышленными газами, на Викискладе?