Конденсированный газовый продукт и способ получения защитной газовой смеси

 

Использование: для получения защитного газа, содержащего 0,001-0,1% об. окиси азота, 0-90% об. гелия, 0-5% об. водорода, 0-50% об. двуокиси углерода, а остальное - аргон. Сущность изобретения: способ получения защитного газа характеризуется растворением закиси азота в конденсированном аргоне в концентрации 0,001-0,1% об. в пересчете на газовую фазу, испарением полученного раствора и подмешивании остальных компонентов к испаренному раствору в таких количествах, чтобы получить защитный газ заданного состава. Газовая смесь, применяемая для получения защитного газа, характеризуется тем, что содержит 0,001-0,1% об. в пересчете на газовую фазу закиси азота в конденсированном аргоне, и предпочтительно находится под избыточным давлением. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к способу получения защитного газа.

При электродуговой газовой сварке часто используют газовую смесь, состоящую из аргона и закиси азота [1] Количество закиси азота, присутствующее в защитном газе обычно не более 0,03% Поскольку закись азота относится к ядовитым газам, желательно использование в более малых количествах окиси азота в базовом газе по сравнению с ранее применяемыми. Это приводит к повышению стоимости транспортировки, поскольку необходимо поставить потребителю больше газовых баллонов при неизменившемся потреблении защитного газа.

Другой недостаток заключается в том, что при получении защитного газа необходимо поставлять дополнительные количества аргона для достижения необходимой конечной концентрации аргона в получаемом защитном газе.

Целью настоящего изобретения является создание конденсированной газовой смеси закиси азота в аргоне с более низким содержанием закиси азота без повышения стоимости транспортировки и без случайного избыточного переключения между газовыми источниками.

Известен способ получения защитных газовых смесей, при котором смесь образуют растворением и хранят в жидком виде, а перед подачей в горелке смесь испаряют и смешивают с одним дополнительным газовым компонентом [2] Другая цель изобретения заключается в создании конденсированной газовой смеси закиси азота и аргона для получения защитного газа, не требующего дополнительного подмешивания чистого аргона.

Кроме того, цель изобретения заключается в создании способа получения защитного газа, содержащего помимо окиси азота и аргона, также гелий, двуокись углерода и/или водород с использованием простейшего смесительного оборудования.

Эти цели достигаются с помощью конденсированной газовой смеси, состоящей из конденсированного аргона, в котором растворено 0,001-0,1% об. (в пересчете на газовую фазу) закиси азота. Аргон сжижается в интервале от -185,9^oC до -189,2^oС при атмосферном давлении, в то время как закись азота (NO) имеет температуру замерзания около -164^oC.

Обнаружено, что закись азота может быть растворена при атмосферном давлении в жидком аргоне в количестве по меньшей мере вплоть до 0,1 об. в пересчете на газовую фазу и что испаренная газовая смесь имеет по существу одинаковый состав с жидкой фазой.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Контейнер для работы под давлением, вмещающий примерно 800 кг жидкого аргона, заполняют жидким аргоном, после чего в ар гоне растворяют закись азота до момента, пока концентрация закиси азота не достигнет примерно 300 ч/млн. Растворение может быть достигнуто путем растворения в конденсированном аргоне базового газа, состоящего из окиси азота в аргоне, например, 1,8 об. NO в аргоне. Каждый рабочий день из контейнера отбирают 60 литров газовой смеси в минуту в течние 8 часов. Подобный отбор газа имеет целью иммитировать потребление защитного газа в процессе газовой дуговой сварки. Масса смеси, остающейся в контейнере как в жидкой фазе, так и в газовой фазе приведена на чертеже.

Опыт продолжают 30 календарных дней. Непрерывно отбирают об- разцы для определения состава в жидкой и газовой фазе. Массу оставшейся смеси откладывают на оси абсцисс справа. На чертеже также показана концентрация закиси азота, как функции времени. Концентрация закиси азота отложена на оси абсцисс графика слева в ч/млн. Из графика видно, что концентрация закиси азота в газовой фазе почти равна концентрации закиси азота в жидкой фазе. Кроме того, очевидно, что концентрация в обеих фазах по существу не зависит от времени и от количества конденсированной газовой смеси в контейнере. Контейнер снабжен предохранительным клапаном давления, автоматически открывающимся, если давление в контейнере повышается до 17,5 бар избыточного давления. В ходе эксперимента давление колебалось в пределах 3-17,5 бар.

Таким образом, при получении защитного газа, состоящего только из аргона и окиси азота, в жидком аргоне может быть растворено заданное количество окиси азота и затем отобрано в паровой фазе или в жидкой фазе, в последнем случае необходимо смесь в жидкой фазе испарить.

При получении защитного газа, состоящего, например, из 300 ч/млн закиси азота, 20% об. двуокиси углерода, 30% об. гелия, а остальное приходится на аргон, получают базовый газ, содержащий 600 ч/млн. закиси азота в жидком аргоне. Эту смесь, составляющую 50% об. защитного газа, затем смешиавают с 20% об. двуокиси углерода и 30% об. гелия. Для этого необходим газовый смеситель с тремя вводами. С другой стороны при работе на основе известной газовой смеси закиси азота в аргоне в виде газа с концентрацией закиси азота 1,8% для получения целевого защитного газа необходимо подмешивать чистый аргон. Для этого необходим газовый смеситель, снабженный четырьмя вводами.

Настоящее изобретение позволяет применять криогенный жидкостной контейнер, заполненный жидким аргоном, в котором растворено не более 0,1% об. окиси азота. Промышленностью выпускаются транспортные контейнеры для криогенных жидкостей, вмещающих газ в количестве, соответствующем 40 больших остальных баллонов (40 литров) под давлением в 200 атм. В этом случае крупному потребителю не нужен резервуар для чистого аргона, а все, что ему нужно, это иметь доступ к тем газам, которые должны быть включены в защитный газ. Одно из преимуществ газа в конденсированном виде заключается в том, что не нужен газовый смеситель, если защитный газ должен содержать помимо окиси азота только аргон. В других случаях может быть использован простой, а следовательно и недорогой газовый смеситель, поскольку уже нет необходимости добавлять аргон для получения защитного газа заданного состава.

В соответствии с настоящим изобретением достигается преимущество при отборе из контейнера смеси аргон-закись азота в жидкой фазе и испарении перед использованием в виде защитного газа или смешивании с другими компонентами защитного газа. Согласно другой рекомендации из контейнера отбирают газовую и жидкую фазу и последнюю испаряют перед смешиванием с газовой фазой.

Преимущество, кроме того, достигается, когда контейнер для криогенного газа представляет собой сосуд для работы под давлением, снабженный нагнетательным клапаном, например, для предотвращения создания в контейнере недопустимо высокого давления. Клапан должен быть настроен на сравнительное высокое давление, например, давление в 20 бар. Кроме того обнаружено, что давление газа над жидкостью в контейнере должно быть 3 бара или выше для того, чтобы получить газовую фазу примерно того же состава, что и жидкая фаза. Поскольку контейнеры для криогенного газа обычно не рассчитаны на давление газа, превышающее 25 бар, рекомендуемое давление газа составляет 3-25 бар. Применять клапан для избыточного давления, срабатывающий при давлении ниже 3 бар, не рекомендуется, поскольку если базовым газом не пользуются, например, во время выходных, давление быстро возрастает до 3 бар, и весь образующийся затем газ, приводящий к повышению давления, будет сбрасываться в окружающую среду.

Формула изобретения

1. Конденсированный газовый продукт для получения защитного газа, содержащий аргон и закись азота, отличающийся тем, что он содержит закись азота 0,001-0,1 об. и жидкий аргон остальное из расчета его содержания в газообразном состоянии.

2. Конденсированный газовый продукт по п.1, отличающийся тем, что он находится под избыточным давлением.

3. Конденсированный газовый продукт по п.2, отличающийся тем, что избыточное давление составляет от 3 до 25 бар.

4. Конденсированный газовый продукт по п.2, отличающийся тем, что избыточное давление составаляет от 7 до 18 бар.

5. Способ получения защитной газовой смеси, заключающийся в растворении одного газа в другом с последующим испарением, отличающийся тем, что в жидком аргоне растворяют 0,001-0,1 об. закиси азота из расчета eго содержания в газообразном состоянии, а затем испаряют полученный раствор.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что после испарения полученного раствора испарившуюся фазу смешивают с гелием, и/или водородом, и/или двуокисью углерода.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что гелия берут не более 90 об. водорода не более 5 об. а двуокиси углерода не более 50 об.

РИСУНКИ

Рисунок 1