Gaz w roli głównej

© Pixabay

Udostępnij:

Trudno dziś wyobrazić sobie podstawowe procesy produkcyjne w fabrykach bez zastosowania gazów technicznych i ich mieszanek. Szczególną kategorię w tym zestawie stanowią gazy specjalne. Ich wyjątkowy poziom czystości to walor wykorzystywany w technologiach analitycznych i pomiarowych w niemal każdej branży przemysłu.

Słowo „gaz” pochodzi od greckiego słowa „chaos”, czyli całkowity bezwład. To taki stan skupienia, w którym siły między cząsteczkami prawie zanikły, dzięki czemu mogą się one poruszać całkowicie swobodnie, wypełniając całą dostępną przestrzeń. Ten naturalny chaos – podstawowa cecha gazu – sprzyja zachodzeniu wielu reakcji chemicznych, dlatego gaz od dawna wykorzystuje się w niemal wszystkich branżach przemysłu. Petrochemia, ochrona środowiska, przemysł farmaceutyczny, samochodowy, górniczy, stoczniowy, hutniczy, metalurgiczny, budownictwo, nowe technologie, ochrona środowiska, motoryzacja – właściwie nie ma sektora, który w swoich procesach produkcyjno-technologicznych nie używałaby gazów technicznych. Podstawowa lista gazów, które mają najszersze zastosowanie w polskim przemyśle, jest skończona – są na niej acetylen, argon, azot, dwutlenek węgla, hel, tlen i wodór. Każdy z nich ma swoje charakterystyczne właściwości (np. poziom energii jonizacji, określoną temperaturę topnienia, stopień absorbowalności czy reaktywność), które sprawiają, że sprawdza się w konkretnych aplikacjach. Właściwości te mogą być jednak wzmocnione lub osłabione przez połączenie z innym gazem i to właśnie unikalny skład oraz proporcje mieszanek gazów (najczęściej kilkuskładnikowych) stanowią dziś bazę wielu autorskich technologii umożliwiających bardziej efektywną realizację procesów przemysłowych.


 


TOP w kategorii




Spalają i osłaniają

Jednym z sektorów przemysłu, w których szerokie zastosowanie znajdują mieszaniny gazów, jest metalurgia. Podczas cięcia surowców wykorzystuje się m.in. takie gazy palne jak acetylen, gaz ziemny, wodór, propan czy propylen. W procesie tym płomień gazu podgrzewa metal do temperatury topnienia, a następnie surowiec jest cięty strumieniem tlenu.

Odpowiednie proporcje i skład mieszaniny gazów mają olbrzymie znaczenie w spawalnictwie: od jakości mieszanek gazów osłonowych zależy wydajność procesu spawania i jakość uzyskanych połączeń. Głównym zadaniem tej kategorii gazów jest tworzenie warstwy chroniącej jeziorko spawalnicze przed wpływem czynników zewnętrznych. Gazy osłonowe przyspieszają stopień wypalania składników stopowych, poprawiają właściwości mechaniczne spoiny i sposób jej formowania, a także minimalizują liczbę odprysków.

Bazowym składnikiem mieszanek jest argon, który ze względu na dużo większą gęstość od powietrza zapewnia ochronę rozgrzanym obszarom, a jego czysta forma (99,995% Ar) znacznie obniża skłonność materiału do kruchości i pęknięć. Gazy osłonowe są też stosowane w spawaniu laserowym, czyli alternatywnej technice spawania stosowanej coraz częściej w branży samochodowej, stoczniowej czy mikroelektronice.

Gazem często wykorzystywanym w procesach hutniczych jest tlen. W produkcji i topieniu metali w żeliwiakach i piecach szybowych stosuje się interesującą technikę wzbogacania dmuchu powietrza tlenem, który jest wprowadzany z prędkością ponaddźwiękową.

 

Topią szkło, mrożą rurociągi

Gazy pozwalają też w znacznym stopniu poprawić wydajność procesów produkcyjnych (nawet o 30%), w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Ciekawą technologią jest wtrysk tworzyw z udziałem gazu, polegający na wprowadzaniu sprężonego azotu do płynnego tworzywa umieszczonego w formie. Technika ta pozwala zastąpić rdzeń elementu pustą przestrzenią, co znacząco zmniejsza jego masę. Z kolei walory chłodzące azotu są wykorzystywane w procesach chłodzenia detali w trakcie produkcji. Gaz ten, przepływając przez wnętrze komponentu, odbiera ciepło z jego ścianek wewnętrznych.

To właśnie ochronne właściwości azotu sprawiają, że jest niezastąpiony na różnych etapach produkcji podzespołów elektronicznych – od wytwarzania połączeń lutowanych aż po gotowe płytki. Docenia go również branża budowlana: zastosowanie lancy azotowej do schładzania betonu pozwala uniknąć przestojów betoniarek. Gaz ten znajduje też zastosowanie w tzw. mrożeniu rurociągów. Dzięki wprowadzeniu ciekłego azotu do odcinka rurociągu powstaje specyficzny zawór, który umożliwia prowadzenie prac remontowych na wyłączonym fragmencie bez konieczności opróżniania, napełniania i odpowietrzania całego systemu. Azot cieszy się również uznaniem producentów samochodów (są nim wypełniane poduszki powietrzne), a także wytwórców kriokomór, które zasila się jego ciekłą formą. Bez gazów technicznych trudno dziś też wyobrazić sobie funkcjonowanie nowoczesnych hut szkła. Szczególną popularnością cieszą się tu tlen i wodór używane w procesach spalania powietrzno-paliwowego. Ich zastosowanie pozwala poprawić transfer ciepła, zwiększyć do 40% wydajność topienia i poprawić jakość produktów.

 

Gazy pod specjalnym nadzorem

Wśród gazów i mieszanek gazowych wykorzystywanych w przemyśle szczególne miejsce zajmują gazy specjalne. Są to gazy szlachetne lub o bardzo wysokim poziomie czystości (co najmniej 99,995%) składające się z jednego rodzaju cząsteczki o jak najmniejszej zawartości składników ubocznych. Wśród gazów o wyjątkowo niskim poziomie zanieczyszczeń krytycznych cenną kategorię stanowią gazy wzorcowe poddawane szczególnie wnikliwej kontroli pod kątem spełniania zadanych parametrów. Stosuje się je w technikach pomiarowych i analitycznych. Używane w przemyśle farmaceutycznym i w medycynie umożliwiają analitykom uzyskiwanie bardziej spójnych i precyzyjnych wyników laboratoryjnych.

Klasycznym przykładem wykorzystania gazu specjalnego w medycynie jest podtlenek azotu, który w powiązaniu z innymi środkami anestetycznymi i tlenem służy jako wziewny lek znieczulający i przeciwbólowy. Z walorów gazów wzorcowych intensywnie korzysta przemysł petrochemiczny, stosując je do oceny składu chemicznego produkowanej benzyny. Jest to również codzienne narzędzie pracy specjalistów ochrony środowiska – gazy o ściśle określonej specyfikacji pozwalają oceniać zanieczyszczenia gleby, powietrza i wody, są też używane w analizach spalin samochodowych. Także w energetyce bez gazów specjalnych nie mogłyby być realizowane procesy analityczne w reaktorach wysokiej temperatury i procedury wytwarzania surowców alternatywnych. Zalety tej szczególnej kategorii gazów są wykorzystywane w branży zaawansowanych technologii: w technikach pomiarowych związanych z produkcją mikroelektroniki, sensorów i mikrosystemów.

 

Gaz jak gazownictwo

Bez gazów trudno dziś wyobrazić sobie jakikolwiek proces technologiczny, pomiarowy czy badawczy. Produkcja gazów – ich pozyskiwanie w postaci surowej ze źródeł naturalnych czy np. w drodze rektyfikacji w niskich temperaturach – jest jednak procesem skomplikowanym i stanowi potężny obszar wytwórczy. Popyt na gazy i rosnąca liczba nowych technologii ich wykorzystania w procesach produkcji sprawiają, że gazownictwo to jedna z najbardziej dynamicznie rozwijających się gałęzi przemysłu. Patrząc na wszechstronne walory tego surowca i wciąż odkrywane nowe możliwości jego stosowania, trudno się temu dziwić.

Artykuł ten ukazał się w czasopiśmie

Udostępnij:

Drukuj





Katarzyna Bielińska



Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również