‏الاكسجين والنتروجين 

‏الاستخدامات والاقتصاديات :

بلغ انتاج الاكسجين ، عام ١981 ‏في الولايات المتحدة 11.75 × ⁹10 م3 . وهذا يمثل هبوطاً بالنسبة لإنتاج عامي 1979 ‏و 1980 ‏، وبالنسبة للسنة التالية في انتاج النتروجين الخام الذي تجاوز انتاج الاكسجين . ويجري انتاج الاكسجين بإسالة الهواء او تكريره في وحدات متراصة ، ومعزولة جيدا ، ذات فعالية عالية ، او مجموعة الامتزاز بالضغط الاهتزازي . الامداد بالمادة الخام لا يمثل مشكلة ، ولكن الوحدات تقام عادة قريباً من مناطق الاستهلاك ، لان نقل الناتج يرفع من كلفته بشكل ملحوظ . يمكن لوحدة فصل الهواء ان تقام على ارض المستهلك ، وتعرف الوحدة من هذا النوع بالوحدة القريبة on-site . وقد يمتلكها ويقوم بتشغيلها مالكها بعيدا عن الموقع off-site وينقل الناتج بخطوط قصيرة من الانابيب . وبسبب بعض من تعقيدات فصل الهواء ، يتم نقله بأنابيب طويلة لعدة كيلومترات لتقديم الخدمة لعدة زبائن ، وفي مثل هذه الحالات ، يكتسب الاكسجين منافع كثيرة .

تتفاوت وحدات فصل الهواء في حجمها من وحدات صغيرة مولدة للبرودة وتنتج اقل من طن واحد يوميا الى المصانع العملاقة التي تنتج اكثر من 1800 ‏طناً يومياً (الصورة 1 ‏- 1‏) .

تعمل مصانع المعالجة الامتزازية ذات الضغط الامتزازي بحجم يتراوح من 13 ‏كغ - 27 ‏طناً يومياً . وينتج معظم الاكسجين بنقاوة عالية (99.5 ‏%‏) . وتشير النقاوة الادنى عادة الى نسبة نقاوة تتراوح من 95 ‏- 99 ‏% . يحتوي الاكسجين ذو النقاوة العالية على الشوائب التالية : الارغون ، واثار قليلة من غازات نادرة ، والهيدروكربونات ، وثاني اكسيد الكريون .

‏الصورة 1 ‏- 1 ‏وحدة انتاج 1800 ‏طن / يوم من الاكسجين

‏يستخدم الاكسجين بصورة رئيسية في انتاج الفولاذ في افران المجمرة المكشوفة او افران الاكسجين الاساسية . وتستخدم صناعة الفولاذ الاكسجين ايضا لإزالة القشرة من الكتل الحديدية بلهب الاسيتيلين والاكسجين وفي مقصات الاكسجين لاستئصال العيوب . كما ان الصناعة الكيميائية هي اكبر مستهلك للأكسجين ، وتستخدمه في طبيقات عديدة كإنتاج الاسيتيلين واكسيد الاثيلين وفي انتاج الامونيا والميثانول بالأكسدة الجزئية للهيدروكربونات .

‏وهناك استخدامات اخرى تتضمن صنع الادوات المدنية ، والتغويز تحت الارض ، وتعزيز عمليات الاحتراق في المعالجات المعدنية اللاحديدية ، ولأغراض طبية في المستشفيات ، وفي الاكسجين الذي يتنفسه الطيارون . وفي التطبيق الفضائي ، احتاج الصاروخ زجل v الى 1.5 × ⁶10 كغ من الاكسجين السائل لتأكسد الوقود . وارتفع لهذا الغرض استهلاك ناسا (وكالة الفضاء الامريكية) في منتصف الستينات الى حوالي 280×⁶10 م3 / سنة ثم راح ينخفض منذ اكتمال برنامج ابولو Apollo ‏. يستخدم الاكسجين اليوم على اوسع نطاق في انتاج الوقود التركيبي : تغويز الفحم وإسالته . ويتوقع لهذه الصناعة ان تتفوق على صناعة الفولاذ في استخدامه .

‏تنشأ من مشاكل البيئة والطاقة تطبيقات جديدة للأكسجين . فتقوم البلديات اضافة الى الصناعة بتهوية تيارات مياه الصرف بالأكسجين بدلا من الهواء في المعالجة بالحمأة المنشطة في المعالجة الثانوية . ويستخدم ايضا للتخلص من النفاية وتحويلها الى ناتج ثانوي صالح للاستخدام .

‏كان النتروجين اكبر غاز صناعي من حيث الحجم عام 1981 فقد وصل انتاجه الى 13.6×⁹10م3 . ويستخدم بصورة رئيسية كدثار غازي لاستبعاد الاكسجين والرطوبة . ومن اجل هذا ، يجب ان يكون جافاً وان يكون محتواه من الاكسجين منخفضا جدا (اقل من ppm 10) . ويستخدم النتروجين ايضا للحصول على درجات منخفضة جدا من الحرارة ، نزولاً الى - 210 ‏مئوية . ويستهلك اكثر في تصنيع الامونيا . ولكن الارقام الاحصائية لا تتضمن عادة هذا الاستخدام لان النتروجين يتولد عادة من خامات التغذية والهواء اكثر مما يتولد من النتروجين التجاري .

‏الجدول 1 ‏- 1 ‏. خواص الهواء والمقومات الثابتة .

وفي الصناعات الكيميائية ، يستخدم لأغراض أخرى كما في استبعاد الأوكسجين ‏والرطوبة ، او كما في تثبيط معالجات البلمرة ، او كمخفف في ضبط سرعات التفاعلات مثلاً . ويستخدم ايضا بدلا من عوامل التثبيط التقليدية ، كالغاز الطبيعي في تصنيع المنتجات الالكترونية .

‏ويستخدم في صناعة الفولاذ على نطاق واسع في التغطية والتلدين الناصع . يستخدم للصناعات الغذائية بوصفه مادة مبردة في المعالجة والنقل المبرد للمواد الغذائية المجمدة . وله استخدامات اخرى : معالجة المعادن عند درجات حرارة منخفضة ، واجزاء توافق الانكماش shrink fitting ، ونزع الوميض من الاجزاء البلاستيكية والمطاطية المشكلة ، وفي الحيويات القرّية cryobiology لتخزين المواد البيولوجية كالدم الكامل ومني الثيران ، وكمادة مبردة في الاجراءات الجراحية القرّية.

‏وتطور بسرعة استخدام حديث للنتروجين هو استرجاع الزيت من حقول الزيت القديمة . فيستخدم الغاز للمحافظة على الضغط في الآبار . استخدم سابقاً الغاز الطبيعي لهذا الغرض . يستخدم النتروجين التجاري عادة في الاجراء المذكور الى ان يبرهن كفايته . وعندئذ يصار الى بناء وحدة في الموقع .