Opasnosti I Mere Zastite Pri Proizvodnji Kiseonika I Vodonika

OPASNOSTI I MERE ZAŠTITE PRI PROIZVODNJI KISEONIKA U savremenoj industriji i tehnici neki gasovi imaju veliki značaj kao sirovine za sintezu različitih proizvoda i kao reagensi za neke osnovne procese, zatim kao gorivo, kao sredstva za hlaĎenje i dr. Dve velike grupe tehničkih gasova obuhvataju gasove koji se meĎusobno razlikuju po fizičkim osobinama jedni se ne mogu pretvoriti u tečnost na običnoj temperaturi ni pod visokim pritiskom (npr. N2, O2, He, Ar, H2), a u treću grupu spadaju industrijska goriva (generatorski i gradski gas). TEČNI VAZDUH. AZOT I KISEONIK Čist azot i kiseonik se dobijaju iz vazduha. Postupak za njihovo odvajanje se zasniva na njihovim različitim tačkama ključanja. Postupak se sastoji u rektifikaciji tečnog vazduha. Rektifikacija se zasniva na različitim tačkama ključanja azot (-195,6oC) i kiseonika (-182,8 oC) na normalnom pritisku . Da bi se vazduh razdvojio na sastavne komponente treba ga prevesti u tečno stanje. 1. Vazduh će se prvo prečistiti (provoĎenjem kroz čitav niz filtera) od prašine čaĎi, CO2, vodene pare. 2. Zatim se vazduh komprimuje (pritisak koji oko 20 puta veći od atmosfersog pritiska) 3. Posle provoĎenja kroz izmenjivač toplote, otpušta se na normalni pritisak pri čemu se delimično ohladi 4. OhlaĎeni vazduh se vraća u kompresor kroz izmenjivač toplote što omogućava da komprimovani vazduh do ventila dolazi hladniji nego na početku. Ekspanzijom njegova temperatura se još više snizi. Temperatura ekspandovanog vazduha na taj način je sve niža dok se najzad ne postigne temperatura likvefakcije.

Radi dobijanja azota i kiseonika (i eventualno plemenitih gasova) tečan vazduh se rektifikuje. Postupak je prikazan na slici

Za rektifikaciju tečnog vazduha upotrebljavaju se različiti tipovi rektifikacionih kolona, prema tome kakav proizvod se želi dobiti. Rektifikacija se može podesiti tako da se dobije čist azot ili čist kiseonik. Najčešće se primenjuje kolona iz dva dela (prvi je primenio Linde). Tečan vazduh se uvodi u donji deo kolone i pomoću ventila pušta na oko 5 bara. U donjem delu kolone se na dnu skuplja tečnost bogatija u O2 (približno 40%), a na sredini ispod kondenzatora skoro čist tečan N2 (koji se koristi za hlaĎenje gornjeg dela kolone. U gornjem delu kolone rektifikacija se dovršava na normalnom pritisku (1 bar) i tu se prebacuje tečnost sa dna donjeg dela kolone. Tečni kiseonik se skuplja u sredini kolone i služi kao sredstvo za hlaĎenje u kondenzatoru. Gotovi proizvodi se provode kroz izmenjivače toplote (u njima se hladi komprimovani vazduh).

Čistoća kiseonika je oko 99,5% , a azota 99,8%. Gasovi se komprimuju na oko 150 bara i na tržište dolaze u čeličnim bocama (ako je u pitanju veća količina transportuje se u velikim izolovanim tankovima). Velika količina kiseonika se upotrebljava u metalurgiji gvožĎa i želika, za gasifikaciju tečnih i čvrstih goriva u hemijskoj industriji kao oksidaciono sredstvo, za autogeno zavarivanje i sečenje metala i za dobijanje visokih temperatura ( npr. pri proizvodnji sintetičkog kamenarubina). Kod procesa sagorevanja se ipak češće koristi vazduh ako je to moguće. Azot se uglavnom primenjuje za sintezu amonijaka, koristi se kao zaštitini gas (inertan je) npr. pri obradi metala ili pri čuvanju uljarica i žitarica. Tečni azot se koristi za brzo smrzavanje namirnica. Jedinjenja azota se koriste kao eksplozivi. Iako ni jedna komponenta vazduha nije zapaljiva u normalnim uslovima, u pogonima za proizvodnju kiseonika postoji velika opasnost od požara i eksplozije. Pojava eksplozija je vezana za veoma visoke pritiske u aparaturi (iznad 150 at). Zbog toga je potrebna stalna i sistematska kontrola svih aparata i cevovoda, kao i instalacija Opasnosti od požara zbog prisustva kiseonika su posledica povećane brzine sagorevanja, i sniženja tačke zapaljivosti gorivih materija u prisustvu povećane koncentracije kiseonika u vazduhu. Usled toga, u ovakvim pogonima, ukoliko je prisutna veća količina kiseonika u vazduhu sve gorive materije možemo smatrati lakozapaljivim Naročito je opasno prisustvo u

ovakvim pogonima materija koje su sklone samozagrevanju, usled vezivanja kiseonika, kao što su razne masti, ulja, ugalj, sulfidi, gvoždja itd. Ovakve materije se pri dodiru sa čistim kiseonikom odmah pale, a mnoge od njih eksplodiraju. Na isti način se ponašaju i nezasićeni gasovi, kao što je etilen, acetilen itd. Ovakve materije smeju da se nalaze u pogonu i vazduhu koji služi za dobijanje kiseonika samo u koncentracijama do 0, 00001 %.

DOBIJANJE KISEONIKA I VODONIKA ELEKTROLIZOM VODE Ovim elektrohemijskim postupkom voda se razlaže u elektrodnoj ćeliji u kojoj je elektrolit rastvor alkalnog hidroksida (Na- ili K-). Elektroloza se vrši na povišenoj temperaturi ( max. 80oC) i primenjuje se napon od 1,7 – 2,6 V. Elektode koje se koriste su od čelika s tim da je anoda poniklovana. U katodnom prostoru će rasti koncentacija hidroksida, a u anodnom opada. Da se proizvedeni gasovi ne bi mešali, anodni i katodni prostor su odvojeni dijafragmom (od azbesta). Upotrebljavaju se dve vrste ćelija, unipolarne i bipolarne. Kod unipolarnih su elektrode vezana u seriju, a kod bipolarnih na krajevima su elektrode vezane s izvorom struje. Bipolarne ćelije se više primenjuju.

Priozvodi koji se dobijaju su visokog stepena čistoće. Vodonik 99,9%, a kiseonik 99,5 – 99,7%. Preimućstvo elektrolize su baš to što su proizvodi čisti, postrojenje se lako održava, proces se može lako otpočeti i zaustaviti. Nedostatak je što se troši mnogo skupe električne energije. Opasnosti od požara i eksplozija u pogonima elektrolize su višestruke Jedan deo ovih opasnosti izazvan je prisustvom kiseonika, iz istih razloga kao što je to opisano u prethodnom izlaganju. Drugi deo opasnosti izazvan je prisustvom vodonika, koji je veoma zapaljiv gas,

naročito ako se nalazi u smeši sa kiseonikom. Prisustvo velikog broja električne opreme i instalacije još više povećava opasnost od požara i eksplozija Kiseonik čuva i nalazi se u prodaji u čeličnim bocama i sudovima, pod pritiskom od 150 at. Prema tome, u pogonima za proizvodnju kiseonika obično se nalaze i odeljenja za punjenje boca kiseonikom. Kao što se iz dosadašnjeg izlaganja vidi, pogoni za proizvodnju kiseonika kao i magazini za čuvanje boca za kiseonikom, mogu biti u znatnoj meri ugroženi od požara. Preventivne mere kod proizvodnje i čuvanja, kao i transportovanja kiseonika moraju se veoma pažljivo provoditi. Najvažnije preventivne mere su sledeće: - u pogonima gde se proizvodi i čuva kiseonik ne smeju se nalaziti materije koje su sklone samopaljenju odnosno samozagrevanju. - Potrebno je onemogućiti prisustvo ma i tragova nezasićenih gasova, naročito acetilena - Prisustvo gorivih materija treba smanjiti na najmanju moguću meru. - U pogonima gde se kiseonik proizvodi elektrolizom, mora se onemogućiti mešanje kiseonika i vodonika - Pošto vlaknaste materije, kao i tekstilni materijali imaju veliku moć apsorpcije kiseonika, to će ovi materijali, ukoliko su bili u dodiru sa komprimovanim ili tečnim kiseonikom, goreti veoma velikom brzinom Zbog toga se mora obratiti velika pažnja kod rukovanja kiseonikom, pošto odeća radnika natopljena kiseonikom koja se eventualno upali sagori takvom brzinom da je svaka intervencija nemoguća Pored toga, prostorije koje se koriste za svlačionice radnika moraju se tako locirati da ne postoji ni najmanja mogućnost prodiranja čistog kiseonika u iste. Ovaj princip treba primeniti na sve pogone zap proizvodnju kao i ostale prostorije gde se nalazi čisti kiseonik. - Kiseonik ima veću specifičnu težinu od vazduha, tako da će se skupljati u zonama bližim podu prostorije. Zbog toga, podovi moraju da budu ravni, bez udubljenja Kod postavljanja ventilacionih uredjaja, usisna grana treba da se nalazi u zoni bliže podu, osim u pogonima elektrolize, gde usisne grane ventilatora treba postaviti i u gornjoj zoni prostorije - zgrade u kojima se nalaze pogoni ili skladišta za kiseonik mogu se graditi samo od nezapaljivog materijala - u pogonima za elektrolizu vode sva električna oprema mora biti u sigurnosnoj izradi. U ovim pogonima takodje se mora sprečiti pojava bilo kakvih izvora paljenja, kao što je otvoren plamen, varnica od statičkog elektriciteta, varnica od udara metala o metal itd.

OPASNOSTI I MERE ZAŠTITE PRI PROIZVODNJI VODONIKA Vodonik je gasovita materija, bez boje, mirisa i ukusa. Vodonik je najlakša materija u prirodi U prirodi ga ima u velikim količinama, ali se praktično sav nalazi u vezanom stanju, u različitim jedinjenima Vodonik je agresivna materija, burno se jedini sa kiseonikom. i svim halogenim elementima, a jedili se lako i sa mnogim drugim elementima i jedinjenjima. Reakcija sa kiseonikom ide po jednačini:

H2 + 1/2O2 → H20 + Q Temperatura paljenja vodonika iznosi 590 °C, kod sagorevanja vodonika u vazduhu, temperatura plamena iznosi oko 2.000 °C, kod sagorevanja u kiseoniku i do 2.700 °C Sa vazduhom vodonik gradi eksplozivne smeše, sa donjom granicom eksplozivnosti od 4 % i gornjom granicom od 74,2 % Sa halogenim elementima vodonik takodje burno reaguje uz pojavu plamena. Ovo sagorevanje može u pojedinim slučajevima da predje u eksplozivno sagorevanje. Reakcija vodonika sa fluorom po jednačini: H2 + F2 → 2HF + Q, uvek je praćena eksplozijom Zbog male dimenzije molekula, vodonik veoma lako difunduje kroz mnoge materijale, što može pričinjavati velike teškoće kod organizovanja zaštite pogona. Vodonik se može dobiti na više načina od kojih tehnički značaj imaju sledeći:  proces dobijanja vodonika elektrolizom vode  dobijanja iz vodenog gasa  dobijanje katalitičkim procesima u industriji nafte O opasnostima u pogonima elektrolize govorili smo u izlaganju o kiseoniku Kod dobijanja vodonika iz vodenog gasa, prvi deo procesa je reakcija izmedju ugljenika i vode na visokim temepraturama.

Kod toga dolazi do reakcije: a) C + H2O → CO + H2 - 31700 kcal ili do reakcije: b) C + 2H2O → CO2 + 2H2 - 21400 kcal Ukoliko se želi dobijati vodonik iz generatorskog gasa, reakcija se vodi po jednačini b), pošto se time olakašava razdvajanje gasova. Nakon završene reakcije razlaganja vodene pare, CO2 se izdvaja iz sistema bilo komprimovanjem gasa bilo apsorpcionim metodama. U industriji nafte i nekim drugim sintetskim industrijama, vodonik se dobija razlaganjem ugljovodonika na povišenim temperaturama i pritiscima, u prisustvu katalizatora. Ovde treba napomenuti da je vodonik u ovim uredjajima, kao i ostali gasovi, zagrejan iznad tačke samopaljenja U industrijskim pogonima koji troše veće količine vodonika, isti se čuva u rezervoarima sa pokretnim poklopcem, mokrog tipa. U prodaju vodonik dolazi u čeličnim bocama pod pritiskom. Osnovna opasnost u pogonima gde se proizvodi i koristi vodonik leži u velikoj zapaljivosti vodonika i njegovoj osobini da gradi eksplozivne smeše sa vazduhom Zbog toga se

ovakvi pogoni moraju efikasno zaštititi, pri čemu je, pre svega, neophodno provesti sledeće zaštitne mere: 1. Mora se onemogućiti pojava otvorenog plamena 2. Dobrom ventilacijom mora se mogućnost nastojanja zapaljivih smeša smanjiti na 3. 4. 5.

6. 7.

8. 9.

najmanju moguću meru Sve električne instalacije moraju se izvesti u sigurnosnoj izvedbi Mora se izvršiti potpuno osiguranje pogona od pojave statičkog naelektrisanja U aparatima gde se vodonik nalazi zagrejan iznad tačke samopaljenja, u slučaju prodiranja vodonika iz aparature, doći će do njegovog paljenja Takodje će do paljenja, a ponekad i eksplozije doći i u slučaju prodiranja vazduha u aparaturu, što može dovesti do razaranja celokupnog uredjaja Ova mogućnost uvek postoji kod aparatura koje rade pod sniženim pritiskom Jedina prava preventiva mera da se spreče gornje mogućnosti je održavanje uredjaja u ispravnom stanju i stalna kontrola ispravnosti aparatura, posebno zaptivača. Rezervoari u kojim se čuva vodonik moraju se obezbediti od otvorenog plamena, od paljenja usled električnih pojava i elementarnih nepogoda Skladišta gde se čuvaju boce sa vodonikom takodje se moraju obezbediti na gornji način. U ovim skladištima ne smeju se držati O2 Cl2, C2H2 i sve ostale materije koje reaguju sa vodonikom. Kod manipulacije bocama mora se strogo voditi računa da se boce ne oštete Rezervoari i skladište boca za vodonik moraju da imaju uredjaje za spoljno hladjenje vodom.