1. Gesundheitswesen
Im Gesundheitswesen dienen Mischgase als unauffällige Lebensretter. Anästhetische Mischgase kombinieren beispielsweise Anästhetika, Sauerstoff und andere Gase mit Präzision. Dies ermöglicht es den Patienten, während der Operation schmerzfrei und sicher zu bleiben, was nahtlose Eingriffe für medizinisches Fachpersonal erleichtert. Mischgase zur Behandlung von Atemwegserkrankungen enthalten typischerweise einen bestimmten Anteil an Sauerstoff und Helium. Diese können die Atemfunktion der Patienten verbessern und Symptome wie Dyspnoe lindern, was besonders vorteilhaft für Menschen mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung, Asthma und anderen Atemwegserkrankungen ist. Ein Anästhesiegemisch könnte beispielsweise aus Isofluran (einem Anästhetikum) und Sauerstoff bestehen, wobei der Isoflurananteil je nach Zustand des Patienten und Art der Operation angepasst wird, normalerweise im Bereich von 0,5% bis 3% innerhalb der Mischung. Das Mischgas zur Atemwegstherapie enthält oft 21% - 40% Sauerstoff und 50% - 70% Helium, wobei Spurengase die Stabilität aufrechterhalten.
2. Petrochemische Industrie
Im petrochemischen Sektor sind Mischgase von entscheidender Bedeutung. Während der Ölraffination finden wasserstoff- und stickstoffreiche Gase umfangreiche Verwendung. Wasserstoff kann Schweröl durch Prozesse wie Hydrocracken und Hydrofining in leichtere Produkte umwandeln und die Ölqualität verbessern. Stickstoff wird hingegen häufig für Spül- und Verdrängungsaufgaben eingesetzt, um die Produktion sicherzustellen. In der chemischen Synthese, bei der Ammoniakproduktion, müssen Stickstoff und Wasserstoff im Verhältnis 1:3 gemischt und unter hoher Temperatur, hohem Druck und mit Hilfe eines Katalysators synthetisiert werden. Ammoniak, ein wichtiger chemischer Rohstoff, wird in Industrien wie Düngemitteln, Kunststoffen und Fasern weit verbreitet eingesetzt und unterstützt die moderne industrielle Entwicklung. Das Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch für die Ammoniaksynthese enthält typischerweise 75% Wasserstoff und 25% Stickstoff. Beim Hydrocracken kann das Mischgas 80% - 95% Wasserstoff enthalten, der Rest ist Stickstoff und Spuren von Methan.
3. Gasgeräte-Experimente und Heizwertanalyse
Die Sicherheit und Leistung von Gasgeräten ist im täglichen Leben wichtig. In Gasgeräte-Experimenten werden spezifische Mischgase benötigt, um unterschiedliche Gaskompositionen zu simulieren. Dazu gehören Kohlenwasserstoffgase wie Methan, Ethan, Propan und geringe Mengen an Inertgasen wie Stickstoff und Kohlendioxid. Die Anpassung der Gasverhältnisse ahmt Gas aus verschiedenen Regionen nach. Für die Heizwertanalyse ermöglichen präzise formulierte Mischgase den Testern, den Heizwert eines Gases zu bestimmen, ein wichtiger Indikator für Gasqualität, Preisgestaltung und Gerätekonstruktion. In der F&E von Gasgeräten hilft das Testen von Mischgas-Heizwerten Ingenieuren, die Verbrennung zu optimieren, die Energieeffizienz der Geräte zu verbessern und Abfall und Verschmutzung zu reduzieren. Ein typisches Simulationsmischgas könnte 90% Methan, 5% Ethan, 3% Propan, 1% Stickstoff und 1% Kohlendioxid enthalten.
4. Gasalarme
Sicherheit in der industriellen Produktion und im täglichen Leben ist entscheidend, und Mischgase für Gasalarme sind unerlässlich zur Gefahrenprävention. In Industriegebieten wie Kohlebergwerken und petrochemischen Werkstätten, wo brennbare, explosive oder giftige Gase vorhanden sein können, werden Gasalarme zur Überwachung eingesetzt. Ihre Kalibrierung und Prüfung basieren auf speziellen Mischgasen, die Zielgase (z.B. Methan, Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff) mit inertem Stickstoff in spezifischen Verhältnissen kombinieren. Regelmäßige Kalibrierung mit diesen Standardgasen stellt sicher, dass Alarme während des Betriebs genau signalisieren können, was den Arbeitern Zeit gibt, zu entkommen und auf Notfälle zu reagieren, um gasleckbedingte Katastrophen wie Explosionen und Vergiftungen zu verhindern. Beispielsweise ist Methan im Kohlebergbau häufig. Die Kalibrierung von Methan-Alarmen mit einem methanhaltigen Mischgas sichert den Betrieb von Kohlebergwerken und das Leben der Bergleute. Ein Methan-basiertes Gas-Alarm-Mischgas kann 1% - 5% Methan in Stickstoff enthalten, basierend auf dem Erfassungsbereich des Alarms.
5. Mischgase aus Lufttrennung
Lufttrennungstechnologie isoliert Sauerstoff, Stickstoff, Argon aus der Luft. Mischgase werden für verschiedene Bedürfnisse vorbereitet. In der industriellen Produktion erfordern viele Prozesse Sauerstoff-Stickstoff-Mischungen in unterschiedlichen Verhältnissen. Beispielsweise wird im Metallwärmebehandlung die Steuerung des Sauerstoff-Stickstoff-Verhältnisses zur Anpassung der Metalloxidation und Entkohlung verwendet, um die Material- und Produktqualität zu verbessern. In der Elektronik werden hochreine Lufttrennungsmischgase in der Halbleiterherstellung verwendet. In der Chipproduktion wird eine Stickstoff-Wasserstoff-Mischung zum Glühen verwendet, um innere Spannungen abzubauen. In der Lebensmittelkonservierung modifizieren Lufttrennungsmischgase das Verpackungsgas. Eine Stickstoff-Kohlendioxid-Mischung in Lebensmittelverpackungen hemmt die Oxidation und das mikrobielle Wachstum. Ein Metallwärmebehandlungsgas kann 20% - 50% Sauerstoff, den Rest Stickstoff enthalten. Ein Chip-Glühgas enthält normalerweise 80% Stickstoff und 20% Wasserstoff.
6. Verkehrssicherheitsdetektion
Die Verkehrssicherheitsdetektion ist entscheidend für die Straßensicherheit, und Mischgase spielen eine Schlüsselrolle. Bei der Fahrzeugabgasprüfung werden spezielle Mischgase benötigt, um die Ausrüstung zu kalibrieren. Diese Gase ahmen Fahrzeugabgaskomponenten wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide nach. Regelmäßige Kalibrierung mit Standardmischgasen gewährleistet genaue Detektionsergebnisse. Präzise Abgaserkennung hilft den Verkehrsbehörden, Fahrzeuge mit hohen Emissionen zu identifizieren. Dies veranlasst die Besitzer, Wartungsarbeiten durchzuführen, um die Verschmutzung zu reduzieren und die öffentliche Gesundheit zu schützen. Beispielsweise wird bei jährlichen Fahrzeuginspektionen ein Mischgas mit festgelegten Konzentrationen von Schlüsselverunreinigungen verwendet, um Instrumente zu kalibrieren, die Datengenauigkeit sicherzustellen und die Emissionen für eine bessere städtische Luftqualität zu kontrollieren. Ein typisches Kalibrierungsmischgas könnte 1% - 5% Kohlenmonoxid, 0,1% - 1% Kohlenwasserstoffe, 0,05% - 0,5% Stickoxide enthalten, wobei der Rest hauptsächlich aus Kohlendioxid und Stickstoff besteht.
7. Abgaserkennung von Kraftfahrzeugen
Mit der kontinuierlichen Zunahme der Anzahl von Kraftfahrzeugen ist die Abgasverschmutzung durch diese Fahrzeuge zu einem bedeutenden Problem geworden. Mischgase für die Abgaserkennung von Kraftfahrzeugen sind von größter Bedeutung, da sie die komplexe Zusammensetzung von Kraftfahrzeugabgasen genau nachbilden. Diese Zusammensetzung umfasst Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, Stickoxide sowie geringe Mengen an Vorläufern von Partikeln.
Während des Abgaserkennungsprozesses vergleicht das Gerät die erkannten Abgaskomponenten mit dem Standardmischgas. Beispielsweise misst das Gerät im einfachen Arbeitsbedingungsverfahren die Konzentrationen der Abgaskomponenten in Echtzeit unter simulierten Fahrbedingungen und vergleicht diese Werte dann mit den voreingestellten Standards. Wenn die gemessenen Werte die Standards überschreiten, erfordert das Fahrzeug Wartung und Anpassung.
Dieser genaue Erkennungsansatz, der von Standardmischgasen abhängt, bietet eine robuste Unterstützung zur Eindämmung der Abgasverschmutzung von Kraftfahrzeugen und zur Verbesserung der städtischen Luftqualität. Ein umfassendes Abgas-Erkennungsgemisch für Kraftfahrzeuge kann zusätzlich Spuren von Schwefeldioxid enthalten, typischerweise im Bereich von 0,001% - 0,01%, zusammen mit gasförmigen Partikelstoffen.
8. Umweltüberwachung
Umweltüberwachung ist entscheidend für den globalen ökologischen Schutz, wobei Mischgase eine wichtige Rolle spielen.
Bei der Überwachung der Atmosphäre werden Mischgase verwendet, um Instrumente zur Messung von Schadstoffen wie Schwefeldioxid, Stickoxiden und Partikelstoffen zu kalibrieren. Die genaue Herstellung dieser Gase gewährleistet die Datengenauigkeit und Vergleichbarkeit, sodass Umweltbehörden die Luftqualität bewerten und Richtlinien formulieren können.
Auch bei der Überwachung der Wasserqualität werden Mischgase eingesetzt. Beispielsweise kalibriert ein Standardgemisch mit bekannter gelöster Sauerstoffkonzentration gelöste Sauerstoffmessgeräte. Eine präzise Messung des gelösten Sauerstoffs ist entscheidend für die Bewertung der Selbstreinigung des Wassers, der Verschmutzungsgrade und der Gesundheit des aquatischen Ökosystems.
Ein atmosphärisches Schwefeldioxid-Kalibriergas kann 0,1 ppm - 10 ppm Schwefeldioxid in Stickstoff enthalten. Das Kalibriergas zur Überwachung der Wasserqualität enthält präzise eingestellten gelösten Sauerstoff in einer inerten Gaslösung.
9. Kalibrierung der Instrumentierung in der Düngemittelindustrie
Die Düngemittelindustrie ist entscheidend für die Landwirtschaft, und Instrumentierung ist entscheidend für die präzise Produktionskontrolle. Spezialisierte Kalibriergase sind für genaue Instrumentenmessungen erforderlich. Bei der Ammoniaksynthese während der Düngemittelproduktion ist eine strikte Kontrolle des Verhältnisses von Wasserstoff, Stickstoff und Ammoniak unerlässlich. Kalibriergase werden entsprechend der tatsächlichen Gaszusammensetzung und Konzentrationsbereiche vorbereitet. Regelmäßige Kalibrierung gewährleistet die langfristige Genauigkeit der Instrumente. Präzise Messwerte ermöglichen es den Betreibern, Produktionsparameter anzupassen, den Prozess zu optimieren, die Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und die Produktqualität zu erhalten, um hochwertige Düngemittel für die Landwirtschaft bereitzustellen. Ein Ammoniak-Produktionskalibriergas kann 70% Wasserstoff, 25% Stickstoff und 5% Ammoniak enthalten.
10. Eisen- und Stahlindustrie
Die Eisen- und Stahlindustrie, ein wichtiger Teil der Volkswirtschaft, verwendet Mischgase in der Produktion weit verbreitet.
Beim Stahlschmelzen, insbesondere bei der Konverterstahlherstellung, oxidiert hochreiner Sauerstoff in Sauerstoff-Stickstoff-Gemischen schnell Verunreinigungen im flüssigen Eisen und verbessert die Stahlqualität. Stickstoff wirkt als Schutzgas; beim Stranggießen bildet es einen Gasschleier auf dem flüssigen Stahl, um Oxidation zu verhindern und die Knüppelqualität zu verbessern.
Während der Stahlwärmebehandlung, wie dem Glühen, schützen Wasserstoff-Stickstoff-Gemische den Stahl vor Oxidation, reduzieren Oberflächenoxide und verbessern die Oberflächenbeschaffenheit und mechanischen Eigenschaften.
Bei der Gasanalyse für die Stahlproduktion kalibrieren Standardgemische Instrumente, um eine genaue Überwachung der Ofengase zur Produktionsoptimierung sicherzustellen.
Ein Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch für die Konverterstahlherstellung enthält normalerweise 95% - 99% Sauerstoff und den Rest Stickstoff. Ein Stahl-Glühgemisch enthält typischerweise 10% - 30% Wasserstoff und 70% - 90% Stickstoff.
11. Energie- und Stromsektor
Im Bereich Energie und Strom haben Mischgase wichtige Anwendungen. In Hochspannungsgeräten dienen Schwefelhexafluorid (SF6) und Stickstoffgemische als Isolations- und Lichtbogenlöschmedien. SF6 hat hervorragende Isolations- und Lichtbogenlöscheigenschaften, ist jedoch teuer und umweltschädlich. Die Mischung mit Stickstoff in einem geeigneten Verhältnis senkt die Kosten und Umweltrisiken, während die Leistung der Ausrüstung erhalten bleibt. Beispielsweise löscht das Mischgas in Hochspannungsschaltern Lichtbögen während des Schaltens schnell, schützt die Ausrüstung und gewährleistet die Stabilität des Stromsystems.
In aufstrebenden Energiebereichen wie der Brennstoffzellenforschung und -produktion sind Mischgase entscheidend. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen benötigen ein Wasserstoff-Sauerstoff- (oder Luft-) Gemisch als Reaktionsmedium. Die präzise Steuerung der Gasflussrate und des Verhältnisses ist entscheidend für die Verbesserung der Effizienz und Stabilität der Brennstoffzellenstromerzeugung. Die Optimierung der Mischgasversorgung und der Reaktionsbedingungen ermöglicht es Brennstoffzellen, chemische Energie effizienter in Elektrizität umzuwandeln und die zukünftige Energie-Nachhaltigkeit zu unterstützen.
Typischerweise hat ein Isoliergemisch für Hochspannungsausrüstung 10% - 30% SF6 und 70% - 90% Stickstoff, während ein Brennstoffzellenreaktionsgemisch 90% - 99% Wasserstoff und 1% - 10% Sauerstoff enthält.
12. Häufige Mischgase in der petrochemischen Industrie
Das petrochemische Feld hat vielfältige Mischgase mit einzigartigen Anwendungen. Wasserstoff-Stickstoff-Gemische werden zur Hydrierung und Stickstoff-Wasserstoff zur Ammoniaksynthese verwendet. Crackgas, das aus der Hochtemperatur-Pyrolyse von Erdölkohlenwasserstoffen stammt, enthält Ethylen, Propylen, Butadien, Methan, Ethan, Propan, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Es wird getrennt, um Produkte mit hohem Mehrwert zu erhalten. Reformgas, das aus der Erdölreformierung stammt, enthält Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan und aromatische Kohlenwasserstoffe und wird zur Hydrierung und zur Herstellung von Kunststoffen usw. verwendet. Entschwefelungsgas, das aus der Erdölentschwefelung stammt, enthält Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Wasserstoff, Stickstoff und Spuren von Kohlenwasserstoffen. Es muss zur Emissionsbehandlung und Schwefelrückgewinnung behandelt werden. Crackgas kann 30% - 50% Ethylen usw. enthalten; Reformgas 40% - 60% Wasserstoff usw.; und Entschwefelungsgas 1% - 5% Schwefelwasserstoff usw.
Schlussfolgerung
Die umfangreichen Anwendungen von Mischgasen in verschiedenen Sektoren unterstreichen ihren enormen Wert und ihr Potenzial. Mit dem technologischen Fortschritt und der Weiterentwicklung der Industrien werden sich die Arten und Anwendungen von Mischgasen weiter ausdehnen und vertiefen und eine zunehmend entscheidende Rolle bei der Förderung der menschlichen Gesellschaft spielen.
