液態氧如何大規模生產?

2021-02-25 瀚海狼山

前面瀚海狼山談到了,氫氧大火箭上用的低溫液態氫,並非直接電解水大量生產,而是利用煉油廠、氯鹼廠或者是化肥廠的富裕熱量和附帶的化工工藝大量製備。那麼另外一個關鍵,就是液態氧也是化工廠的產品嗎?兩者的生產工序可以說大不相同。氫氣在自然空氣中含量極少無法提取,而用電解水的方式又過於耗能。因此充分利用了煉油和化工廠的低成本工序來批量生產。但是液氧不同。水和空氣中都含有大量的氧元素。而空氣中存在21%的氧氣。因此從空氣中提煉成本最低,產量也最大。液態氧的化學符號為O2,和氧氣的化學符號一致。其實就是氧氣凝結而成。液氧外觀呈淺藍色,沸點為-183℃,冷卻到-218.8℃成為雪花狀的淡藍色固體。可見液態氧的保存溫度比液態氫高的多,因此保溫成本也低的多。

液態氧的密度是每立方米1140公斤,居然比水的密度還大。而同樣一立方米體積的純液氫,重量居然只有78公斤,因此氫氧發動機的火箭,上面的儲箱重量,液氧儲箱佔據了其中的絕大部分。而且液氧還有一個奇特的現象,就是有磁性,可以被磁鐵直接吸引。這個特性也可以用於特殊的用途。製造液氧,就是簡單的對空氣壓縮降溫,然後再逐步的減壓升溫。分別得到純氮氣和含有一定雜質的液氧。這就叫做液態空氣分離生產法。加壓普通空氣再分離,比直接電解水得到氧氣的成本低。充分利用空氣中的氮氣的沸點比氧氣的沸點低的特點。先將空氣大量加壓變成液態,然後再減壓。大部分液氮的沸點是-196攝氏度,比液氧的沸點-183攝氏度低,氮氣首先從液態空氣中蒸發出來,留下的大部分就是液態氧了。

這樣得到的液態氧,可以直接用來當做純度要求比較低的工業用液氧。裡面其實還有少量的惰性氣體。但是惰性氣體一般不和其他物質方式明顯的化學反應,因此不影響一般的工業生產或者作為氣焊或氣割等對氧的利用。而醫用氧氣、大火箭用的液氧。則對氧氣的純度有更高的要求,因此一般需要進一步的提純。純液氧本身並不會燃燒或者爆Z。但是液態氧會強烈的助燃。就是平時絕對點不著的鋼鐵在液氧中也能劇烈的燃燒。因此液氧仍然是乙類危險物品。汽油、柴油等直接和液氧混合也不能立即燃燒,反倒會被液氧強烈的冷卻,而迅速的凍結成固體燃料。不過一旦用汽油或者柴油投入液氧出現凍結後,這樣的液體和固體混合物,反倒是非常危險的物品。不需要任何外來引燃物。只需要猛烈的撞擊或者再加壓就會發生劇烈爆Z。

因此千萬不要沒事做這種危險的試驗。液氧和可燃液體混合物極為不穩定。有時候用電打火也不燃燒,有時卻動不動就會自己劇烈燃燒。因此液氧是需要專業設備和專業人士處置的物品。

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