Кислород и азот как энергоноситель

Кислород используется в различных областях народного хозяйства.

В доменном производстве – обогащения дутья кислородом. Производительность печи увеличивается приблизительно на 1%, на каждый % обогащенного дутья, а удельный расход кокса приблизительно на столько же снижается.

При одновременном применении кислорода и природного газа можно добиться роста производительности печи на 20-25 % и снижение расхода кокса на 25-30%.

Кислород подается под давлением 5 кПа, а содержание кислорода в обогащенном дутье составляет приблизительно 30 %.

Концентрация кислорода при его использовании в конвертерном производстве составляет 99 % и более. При этом резко увеличивается скорость выплавки стали, уменьшается стоимость металла и капремонта.

При выплавке стали в мартеновских печах кислород используется для обогащения воздуха, идущего на горение, для продувки жидкого чугуна перед подачей его в печь, для продувки полученной жидкой стали.

Давление кислорода в мартеновском цехе составляет 1,5-3,5 МПа.

Кислород используется при сварке, резке, огневой зачистке металла, при выплавке цветного металла, при получении ацетилена, аммиака, в целлюлозно-бумажной промышленности, в авиации, медицине и т.д.

Азот – при получении химических удобрений, при синтезе аммиака, ацетилена, при создании инертной среды в некоторых технологических процессах, при перекачке горючих жидкостей и т.д.

Получают кислород и азот из воздуха, который предварительно очищают от механических примесей – диоксида углерода, воды, после чего охлаждают до очень низких температур и разделяют.

Идеальные процессы ожжижения газов.

1-2-3 в лабораторных условиях при небольшом количестве воздуха; 1-9-3 не используется большое давление.

Процесс ожжижения теоретически можно осуществить 3 способами:

I ‑ только отнимая тепло без предварительного сжатия по 1-2-3;

II ‑ отнимая часть тепла при понижении температуры, сочетая его с предварительным сжатием газа и отводом тепла при Т₀ по 1-4-5-6, 1-7-11, 1-8-10;

III ‑ сжимая газ и отнимая тепло только при Т_о по 1-9-3, охлаждение газа до Т₃ происходит при этом без отвода тепла;

В первом случае необходимо очень мощное холодильное устройство, такой процесс используют в условиях малой производительности, в лабораторных условиях;

Во втором ‑вся энергия, необходимая на ожжижение, затрачивается при сжатии, при этом необходимо иметь давление 45 ГПа.

Практически чаще всего используется второй процесс, когда ожжижение осуществляется, как за счет работы холодильного устройства, так и за счет работы сжатия газа.

Теоретически необходимое количество тепла для ожжижения воздуха составляет приблизительно 700 кДж/кг в независимости от способа ожжижения.

Поскольку в реальных условиях невозможно осуществить изотермическое сжатие, его обычно заменяют процессом близким к адиабатному сжатию и проводят в несколько ступеней с охлаждением после каждой ступени.

Для понижения температуры используют дросселирование, адиабатное расширение.

Для осуществления холодильного процесса чаще всего используют циркуляцию части самого ожжижаемого воздуха.