Industrigas

En gasregulator ansluten till en kvävecylinder.

Industrigaser är de gasformiga material som tillverkas för användning inom industrin . De huvudsakliga gaserna som tillhandahålls är kväve , syre , koldioxid , argon , väte , helium och acetylen , även om många andra gaser och blandningar också finns tillgängliga i gasflaskor. Industrin som producerar dessa gaser är också känd som industrigas , vilket ses som att det också omfattar leverans av utrustning och teknik för att producera och använda gaserna. Deras produktion är en del av den bredare kemiska industrin (där industrigaser ofta ses som " specialkemikalier" ).

Industrigaser används i ett brett spektrum av industrier, som inkluderar olja och gas , petrokemi , kemikalier , kraft , gruvdrift , ståltillverkning , metaller , miljöskydd , medicin , läkemedel , bioteknik , livsmedel , vatten , gödningsmedel , kärnkraft , elektronik och flyg . . Industrigas säljs till andra industriföretag; vanligtvis omfattande stora beställningar till företags industriella kunder, som täcker ett storleksintervall från att bygga en processanläggning eller pipeline ner till cylindergasförsörjning.

Vissa affärer i handelsskala görs, vanligtvis genom anknutna lokala agenter som levereras i grossistledet . Denna verksamhet omfattar försäljning eller uthyrning av gasflaskor och tillhörande utrustning till hantverkare och ibland allmänheten. Detta inkluderar produkter som ballonghelium , dispenseringsgaser för ölfat , svetsgaser och svetsutrustning, gasol och medicinskt syrgas .

Detaljhandeln av småskalig gasförsörjning är inte begränsad till bara industrigasföretagen eller deras agenter. En mängd olika handburna små gasbehållare, som kan kallas cylindrar, flaskor, patroner, kapslar eller behållare finns tillgängliga för att leverera gasol, butan, propan, koldioxid eller dikväveoxid. Exempel är vispgrädde laddare , powerlets , campingaz och sodastream .

Tidig historia av gaser

Blåser luft mot en gnista

Den första gasen från den naturliga miljön som användes av människor var nästan säkert luft när man upptäckte att när man blåste på eller tände eld fick den att brinna ljusare. Människor använde också de varma gaserna från en eld för att röka mat och ånga från kokande vatten för att laga mat.

Bubblor av koldioxid bildar ett skum på jäsande vätskor som öl

Koldioxid har varit känd från urminnes tider som biprodukten av jäsning , särskilt för drycker , som först dokumenterades från 7000–6600 f.Kr. i Jiahu , Kina . Naturgas användes av kineserna omkring 500 f.Kr. när de upptäckte potentialen att transportera gas som sipprar från marken i råa rörledningar av bambu till där den användes för att koka havsvatten. Svaveldioxid användes av romarna i vinframställning eftersom det hade upptäckts att brinnande ljus gjorda av svavel i tomma vinkärl skulle hålla dem fräscha och förhindra att de fick en vinägerlukt.

Döbereiners vätelampa .

förståelse bestod av empiriska bevis och alkemins protovetenskap ; men med tillkomsten av vetenskaplig metod och vetenskapen om kemi , blev dessa gaser positivt identifierade och förstått.

Kipps apparat
Acetylen flamma karbid lampa

Kemins historia berättar att ett antal gaser identifierades och antingen upptäcktes eller först gjordes i relativt ren form under den industriella revolutionen på 1700- och 1800-talen av framstående kemister i deras laboratorier . Tidslinjen för tillskrivna upptäckter för olika gaser är koldioxid (1754), väte (1766), kväve (1772), dikväveoxid (1772), syre (1773), ammoniak (1774), klor (1774), metan (1776) , vätesulfid (1777), kolmonoxid (1800), väteklorid (1810), acetylen (1836), helium (1868), fluor (1886), argon (1894), krypton, neon och xenon (1898) och radon (1899) ).

Koldioxid, väte, dikväveoxid, syre, ammoniak, klor, svaveldioxid och tillverkad bränslegas användes redan under 1800-talet och hade främst användningsområden i livsmedel , kylning , medicin och för bränsle- och gasbelysning . Till exempel kolsyrat vatten från 1772 och kommersiellt från 1783, klor användes först för att bleka textilier 1785 och dikväveoxid användes först för tandläkarbedövning 1844. Vid denna tid genererades ofta gaser för omedelbar användning av kemiska reaktioner . Ett anmärkningsvärt exempel på en generator är Kipps-apparat som uppfanns 1844 och kunde användas för att generera gaser som väte, vätesulfid , klor, acetylen och koldioxid genom enkla gasutvecklingsreaktioner . Acetylen tillverkades kommersiellt från 1893 och acetylengeneratorer användes från omkring 1898 för att producera gas för gasmatlagning och gasbelysning , men elektriciteten tog över som mer praktiskt för belysning och när gasol tillverkades kommersiellt från 1912, minskade användningen av acetylen för matlagning.

Sen viktoriansk gasogen för framställning av kolsyrat vatten

När gaser väl hade upptäckts och producerats i blygsamma mängder, stimulerade industrialiseringsprocessen innovation och uppfinning av teknologi för att producera större mängder av dessa gaser. Anmärkningsvärda utvecklingar inom industriell produktion av gaser inkluderar elektrolysen av vatten för att producera väte (1869) och syre (från 1888), Brin-processen för syreproduktion som uppfanns 1884, kloralkaliprocessen för att producera klor 1892 och Haber Process för att producera ammoniak 1908.

Utvecklingen av användningar inom kylning möjliggjorde också framsteg inom luftkonditionering och flytande av gaser. Koldioxid förvandlades först till flytande 1823. Den första kylcykeln med ångkompression med eter uppfanns av Jacob Perkins 1834 och en liknande cykel med ammoniak uppfanns 1873 och en annan med svaveldioxid 1876. Flytande syre och flytande kväve var båda de första gjord 1883; Flytande väte tillverkades första gången 1898 och flytande helium 1908. LPG tillverkades första gången 1910. Ett patent på LNG lämnades in 1914 med den första kommersiella produktionen 1917.

Även om ingen händelse markerar början på den industriella gasindustrin, skulle många ta det som 1880-talet med konstruktionen av de första högtrycksgasflaskorna . Ursprungligen användes cylindrar mest för koldioxid vid kolsyresättning eller utskänkning av drycker. År 1895 utvecklades kylkompressionscykler ytterligare för att möjliggöra kondensering av luft , framför allt genom att Carl von Linde tillät större mängder syreproduktion och 1896 upptäckten att stora mängder acetylen kunde lösas upp i aceton och göras icke-explosivt möjliggjorde säker buteljering av acetylen.

En särskilt viktig användning var utvecklingen av svetsning och metallskärning med syre och acetylen från tidigt 1900-tal. När produktionsprocesser för andra gaser utvecklades kom många fler gaser att säljas i cylindrar utan behov av en gasgenerator .


Gasproduktionsteknik

Destillationskolonn i en kryogen luftseparationsanläggning

Luftseparationsanläggningar förfinar luft i en separationsprocess och tillåter därför bulkproduktion av kväve och argon förutom syre - dessa tre produceras ofta också som kryogen vätska . För att uppnå de erforderliga låga destillationstemperaturerna använder en Air Separation Unit (ASU) en kylcykel som fungerar med hjälp av Joule-Thomson-effekten . Förutom de huvudsakliga luftgaserna är luftseparation också den enda praktiska källan för produktion av de sällsynta ädelgaserna neon , krypton och xenon .

Kryogenteknik möjliggör också flytande av naturgas , väte och helium . I naturgasbearbetning används kryogen teknik för att avlägsna kväve från naturgas i en kväveavvisningsenhet ; en process som även kan användas för att producera helium från naturgas där naturgasfält innehåller tillräckligt med helium för att göra detta ekonomiskt. De större industrigasbolagen har ofta investerat i omfattande patentbibliotek inom alla områden av sin verksamhet, men särskilt inom kryogenik.

Förgasning

Den andra huvudsakliga produktionstekniken i branschen är Reforming. Ångreformering är en kemisk process som används för att omvandla naturgas och ånga till en syngas som innehåller väte och kolmonoxid med koldioxid som biprodukt . Partiell oxidation och autotermisk reformering är liknande processer men dessa kräver också syre från en ASU. Syntesgas är ofta en föregångare till den kemiska syntesen av ammoniak eller metanol . Den producerade koldioxiden är en sur gas och avlägsnas oftast genom aminbehandling . Denna separerade koldioxid kan potentiellt bindas till en kolavskiljningsreservoar eller användas för förbättrad oljeutvinning .

Teknik för luftseparering och reformering av vätgas är hörnstenen i den industriella gasindustrin och utgör också en del av de tekniker som krävs för många bränsleförgasningar (inklusive IGCC ) , kraftvärme och Fischer -Tropsch - system för gas till vätskor . Vätgas har många produktionsmetoder och kan vara nästan ett koldioxidneutralt alternativt bränsle om det produceras genom vattenelektrolys (förutsatt att elen produceras i kärnkraftverk eller andra kraftverk med lågt koldioxidavtryck istället för att reformera naturgas som är den överlägset dominerande metoden). Ett exempel på att ersätta användningen av kolväten är Orkneyöarna; se vätgasekonomi för mer information om vätgas användningsområden. flytande väte används av NASA i rymdfärjan som raketbränsle .

En kvävegenerator
Membran kvävegenerator

Enklare gasseparationstekniker , såsom membran eller molekylsilar som används vid trycksvängadsorption eller vakuumsvängadsorption, används också för att producera lågrena luftgaser i kvävegeneratorer och syreanläggningar . Andra exempel som producerar mindre mängder gas är kemiska syregeneratorer eller syrekoncentratorer .

Förutom de stora gaserna som produceras genom luftseparering och syngasreformering tillhandahåller industrin många andra gaser. Vissa gaser är helt enkelt biprodukter från andra industrier och andra köps ibland från andra större kemiska producenter, raffineras och packas om; även om några få har sina egna produktionsprocesser. Exempel är klorväte som produceras genom att bränna väte i klor, dikväveoxid som produceras genom termisk nedbrytning av ammoniumnitrat vid försiktig upphettning, elektrolys för produktion av fluor, klor och väte och elektriska koronaurladdningar för att producera ozon från luft eller syre.

Relaterade tjänster och teknik kan tillhandahållas såsom vakuum , som ofta tillhandahålls i sjukhusgassystem ; renad tryckluft ; eller kylning . Ett annat ovanligt system är inertgasgeneratorn . Vissa industrigasföretag kan också leverera relaterade kemikalier , särskilt vätskor som brom och etylenoxid .

Gasdistribution

Gastillförselsätt

Släpvagn med komprimerad vätgasrör

De flesta material som är gasformiga vid omgivningstemperatur och tryck levereras som komprimerad gas. En gaskompressor används för att komprimera gasen till lagringstryckkärl ( som gasbehållare , gasflaskor eller rörsläp ) genom rörsystem . Gasflaskor är det i särklass vanligaste gaslagret och stora mängder tillverkas vid en "cylinder fill" -anläggning.

Alla industrigaser tillförs dock inte i gasfas . Ett fåtal gaser är ångor som kan göras flytande vid omgivningstemperatur enbart under tryck , så de kan också tillföras som vätska i en lämplig behållare. Denna fasförändring gör även dessa gaser användbara som omgivande kylmedel och de viktigaste industrigaserna med denna egenskap är ammoniak (R717), propan (R290), butan (R600) och svaveldioxid (R764). Klor har också denna egenskap men är för giftigt, frätande och reaktivt för att någonsin ha använts som köldmedium. Vissa andra gaser uppvisar denna fasförändring om den omgivande temperaturen är tillräckligt låg; detta inkluderar eten (R1150), koldioxid (R744), etan (R170), dikväveoxid (R744A) och svavelhexafluorid ; dessa kan emellertid endast göras flytande under tryck om de hålls under sina kritiska temperaturer som är 9 °C för C 2 H 4 ; 31 °C för CO2 ; 32° C för C2H6 ; 36°C för N2O ; 45 °C för SF 6 . Alla dessa ämnen tillhandahålls också som en gas (inte en ånga) vid 200 bars tryck i en gasflaska eftersom det trycket är över deras kritiska tryck .

Permanenta gaser (de med en kritisk temperatur under omgivningstemperatur) kan endast tillföras som vätska om de också kyls. Alla gaser kan potentiellt användas som köldmedium runt de temperaturer vid vilka de är flytande; till exempel används kväve (R728) och metan (R50) som köldmedium vid kryogena temperaturer.

Koldioxid kan exceptionellt produceras som ett kallt fast ämne som kallas torris , som sublimeras när det värms upp under omgivande förhållanden. Koldioxidens egenskaper är sådana att det inte kan vara flytande vid ett tryck under dess trippelpunkt på 5,1 bar.

Acetylen tillförs också annorlunda. Eftersom det är så instabilt och explosivt tillförs detta som en gas löst i aceton i en förpackningsmassa i en cylinder. Acetylen är också den enda andra vanliga industrigasen som sublimeras vid atmosfärstryck.

Gasleverans

Foton gasskåp inventering

De stora industrigaserna kan produceras i bulk och levereras till kunder via pipeline , men kan också förpackas och transporteras.

De flesta gaser säljs i gasflaskor och en del säljs som vätska i lämpliga behållare (t.ex. Dewars ) eller som bulkvätska levererad med lastbil. Industrin levererade ursprungligen gaser i cylindrar för att undvika behovet av lokal gasproduktion; men för stora kunder som stålverk eller oljeraffinaderier kan en stor gasproduktionsanläggning byggas i närheten (typiskt kallad "på plats"-anläggning) för att undvika att använda ett stort antal cylindrar som är sammanförda . Alternativt kan ett industrigasföretag leverera anläggningen och utrustningen för att producera gasen snarare än själva gasen. Ett industrigasföretag kan också erbjuda sig att agera som anläggningsoperatör enligt ett drift- och underhållsavtal för en gasanläggning för en kund, eftersom det vanligtvis har erfarenhet av att driva sådana anläggningar för produktion eller hantering av gaser för sig själv.

Vissa material är farliga att använda som gas; till exempel är fluor mycket reaktivt och industriell kemi som kräver fluor använder ofta vätefluorid (eller fluorvätesyra) istället. Ett annat tillvägagångssätt för att övervinna gasreaktivitet är att generera gasen vid behov, vilket görs till exempel med ozon .

Leveransalternativen är därför lokal gasproduktion, rörledningar , bulktransport ( lastbil , järnväg , fartyg ) och förpackade gaser i gasflaskor eller andra behållare.

Bulk flytande gaser överförs ofta till slutanvändarens lagringstankar . Gasflaskor (och kärl som innehåller flytande gas) används ofta av slutanvändare för sina egna småskaliga distributionssystem. Giftiga eller brandfarliga gasflaskor förvaras ofta av slutanvändare i gasskåp för skydd mot yttre brand eller från eventuella läckor.

Vad definierar en industrigas

Industrigas är en grupp av material som är speciellt tillverkade för användning inom industrin och som även är gasformiga vid omgivningens temperatur och tryck. De är kemikalier som kan vara en elementär gas eller en kemisk förening som är antingen organisk eller oorganisk , och tenderar att vara molekyler med låg molekylvikt . De kan också vara en blandning av enskilda gaser. De har värde som kemikalie; antingen som råvara , i processförbättring, som en användbar slutprodukt eller för en speciell användning; i motsats till att ha värde som ett "enkelt" bränsle .

Termen "industrigaser" definieras ibland snävt som bara de största gaserna som säljs, som är: kväve, syre, koldioxid, argon, väte, acetylen och helium. Många namn ges till gaser utanför denna huvudlista av de olika industrigasbolagen, men i allmänhet faller gaserna i kategorierna "specialgaser", " medicinska gaser ", " bränslegaser " eller " köldmediegaser ". Men gaser kan också vara kända genom deras användningsområden eller industrier som de tjänar, därav "svetsgaser" eller " andningsgaser ", etc.; eller genom deras källa, som i "luftgaser"; eller genom deras tillförselsätt som i "förpackade gaser". Huvudgaserna kan också benämnas "bulkgaser" eller "tonnagegaser".

I princip alla gaser eller gasblandningar som säljs av "industrigasindustrin" har troligen viss industriell användning och kan betecknas som "industrigas". I praktiken är "industrigaser" sannolikt en ren förening eller en blandning av exakt kemisk sammansättning , förpackade eller i små mängder, men med hög renhet eller skräddarsydda för en specifik användning (t.ex. oxyacetylen ). Listor över de mer betydande gaserna är listade i "Gaserna" nedan.

Det finns fall då en gas vanligtvis inte kallas en "industrigas"; huvudsakligen när gasen bearbetas för senare användning av dess energi snarare än tillverkas för användning som kemiskt ämne eller beredning.

Olje- och gasindustrin ses som distinkt. Så, även om det är sant att naturgas är en "gas" som används i "industrin" - ofta som bränsle, ibland som råvara, och i denna generiska mening är en "industrigas"; denna term används vanligtvis inte av industriföretag för kolväten som produceras av petroleumindustrin direkt från naturresurser eller i ett oljeraffinaderi . Material som LPG och LNG är komplexa blandningar ofta utan exakt kemisk sammansättning som ofta också förändras under lagring.

Den petrokemiska industrin ses också som distinkt. Så petrokemikalier (kemikalier som härrör från petroleum ) såsom eten beskrivs i allmänhet inte heller som "industrigaser".

Ibland ses den kemiska industrin som skild från industrigaser; så material som ammoniak och klor kan betraktas som " kemikalier " (särskilt om de levereras som en vätska) istället för eller ibland lika bra som "industrigaser".

Småskalig gasförsörjning av handburna behållare anses ibland inte vara industrigas eftersom användningen anses vara personlig snarare än industriell; och leverantörer är inte alltid gasspecialister.

Dessa gränsdragningar är baserade på upplevda gränser för dessa branscher (även om det i praktiken finns en viss överlappning), och en exakt vetenskaplig definition är svår. För att illustrera "överlappning" mellan branscher:

Tillverkad bränslegas (som stadsgas ) skulle historiskt sett ha betraktats som en industrigas. Syngas anses ofta vara en petrokemikalie; även om dess produktion är en kärnteknologi för industriella gaser. På liknande sätt uppvisar projekt som utnyttjar deponigas eller biogas , system för avfall till energi, såväl som väteproduktion, överlappande teknologier.

Helium är en industrigas, även om dess källa kommer från naturgasbearbetning.

Vilken gas som helst kommer sannolikt att betraktas som en industrigas om den placeras i en gasflaska (utom kanske om den används som bränsle)

Propan skulle betraktas som en industrigas när den används som köldmedium, men inte när den används som köldmedium i LNG-produktion, även om detta är en överlappande teknik.

Gaser

Elementära gaser

Elementargaser i det periodiska systemet
Väte Helium
Litium Beryllium Bor Kol Kväve Syre Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Kisel Fosfor Svavel Klor Argon
Kalium Kalcium Skandium Titan Vanadin Krom Mangan Järn Kobolt Nickel Koppar Zink Gallium Germanium Arsenik Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Teknetium Rutenium Rodium Palladium Silver Kadmium Indium Tenn Antimon Tellur Jod Xenon
Cesium Barium Lantan Cerium Praseodym Neodym Prometium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Volfram Renium Osmium Iridium Platina Guld Kvicksilver (element) Tallium Leda Vismut Polonium Astat Radon
Francium Radium Aktinium Torium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Röntgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson

De kända kemiska grundämnena som är eller kan erhållas från naturresurser (utan transmutation ) och som är gasformiga är väte, kväve, syre, fluor, klor plus ädelgaserna; och kallas kollektivt av kemister som "elementgaserna". Dessa grundämnen är alla ursprungliga förutom ädelgasen radon som är en spårradioisotop som förekommer naturligt eftersom alla isotoper är radiogena nuklider från radioaktivt sönderfall . Dessa grundämnen är alla icke-metaller .

( Syntetiska grundämnen har ingen relevans för den industriella gasindustrin, men för vetenskaplig fullständighet, observera att det har föreslagits, men inte vetenskapligt bevisat, att metalliska grundämnen 112 ( Copernicium ) och 114 ( Flerovium ) är gaser.)

De grundämnen som är stabila tvåatomiga homonukleära molekyler vid standardtemperatur och tryck (STP), är väte (H 2 ), kväve (N 2 ) och syre (O 2 ), plus halogenerna fluor (F 2 ) och klor (Cl 2 ). Ädelgaserna är alla monoatomiska .

I den industriella gasindustrin används termen "elementargaser" (eller ibland mindre exakt "molekylära gaser") för att skilja dessa gaser från molekyler som också är kemiska föreningar .

Radon är kemiskt stabilt, men det är radioaktivt och har ingen stabil isotop . Dess mest stabila isotop , 222 Rn , har en halveringstid på 3,8 dagar. Dess användningsområden beror på dess radioaktivitet snarare än dess kemi och det kräver specialisthantering utanför industrigasindustrins normer. Det kan dock framställas som en biprodukt från bearbetning av uranhaltiga malmer . Radon är ett spår av naturligt förekommande radioaktivt material (NORM) som påträffas i luften som bearbetas i en ASU.

Klor är den enda elementargas som tekniskt sett är en ånga eftersom STP är under sin kritiska temperatur ; medan brom och kvicksilver är flytande vid STP, och därför finns deras ånga i jämvikt med deras vätska vid STP.

Andra vanliga industrigaser

Denna lista visar de andra vanligaste gaserna som säljs av industrigasföretag.

Det finns många gasblandningar möjliga.

Viktiga flytande gaser

Dewar fylls med LIN från lagringstanken

Denna lista visar de viktigaste flytande gaserna:

Industriella gastillämpningar

En skärbrännare används för att skära ett stålrör.

Användningen av industrigaser är olika.

Följande är en liten lista över användningsområden:

Företag

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Industrial_gas&oldid=1135028289 "