16.在电子、半导体、光纤工业中的应用
大批量工业气体,在电子工业方向主要是氮气,在这20年内呈高速发展,如日本年高纯度的是用量仅6.5吨/年,而到年,高纯度硅的用量增加到吨/年扩大的23倍。日本大批量气体每月需用1.58亿m3,9年的营业额达到亿日元。
江苏法尔胜光子有限公司由江苏法尔胜集团和澳大利亚光子技术研究中心合资组建,投资万美元,主要从事光纤和光纤棒生产。目前国内的光纤80%依赖进口,光纤棒%依赖进口。法尔胜光子有限公司就看好这个市场。为此,上海三钢梅塞尔已将这个法尔胜项目列为现场供气的样板工程,争取首次服务好我国的光纤生产行业。预计年销售额可达万元人民币,到第三期结束全部投产可达万人民币。
据《CryoGasIntemational》年第3期报道,位于华盛顿D.C的华盛顿Camegie研究所的科学家们将氮气压缩到万大气压,最后将其变成了半导体固状物。他们还在如此高的压力下对浓缩气体进行了电气测量。科学家们惊奇地发现,当压力回复到一个大气压时,固状物仍保持稳定不变。该氮的浓缩状态可存贮大量能量,它将很可能成为一种新颖半导体材料。普莱克斯公司将成为上海正在建设中的世界上最新的半导体制造中心的工业气体和特种气体的主要供应商。该公司已与以上海为基础的半导体制造国际公司(SMIC)签订了十五年的供气合同,向SMIC公司建在上海浦东张江高技术园的三家半导体生产厂供气。协议要求普莱克斯(中国)建造一台空分设备和一台氢气生产装置。普莱克斯公司将向生产厂家供应气氧、气氮、氩气、氢气和液氦,还将向浦东附近的芯片厂供气。
美国空气制品公司最近推出MegaBIP系统(带内纯化装置),它可向半导体行业提供特高纯电子用气。该系统的产量、纯度通过每只容器提供的验收合格证来保证,与一般采用外纯化装置的系统比较,该项技术可确保气体纯度的提高。在Y型气瓶或管式拖车里装有专有的纯化装置,它就可确保对水分敏感的气体如HCL含水量小于×10-9。采用该装置,可降低用户拥有的总成本。
17.在农业、畜牧业、鱼业部门的应用
保存植物质资源:国外从年开始进行植物种子的液氮保存试验,我国“八五”期间建立了7个国家种子库,有的已采用液氮永久保存稀有种子。
液氮,在农业上可保存遗传种质资源,国外在研究液氮冷冻贮藏植物细胞、组织和器官,经防止野生植物品系绝种,并将导致建立植物冷冻无性贮藏库。苏联试验将粮食和蔬菜、经济作物以及动植物花粉,放在真空液氮瓶里,以使谷物发芽期延至~年或更长。中国农业科学院品种资源研究所,年11月开始进行液氮保存粮食、蔬菜、花卉、中药等21个品种种子的试验研究。
日本农业物资源研究所,已成功地使长期贮藏在液氮中的甘蔗种子发芽,其发芽率为40%~60%。该研究所贮藏在液氮中的作物种子已达个品种,超过美国。植物种子在液氮温度下,其生物化学反应几乎完全被抑制,故可以长期贮藏。
日本还用冷冻保存法,将桑树的枝干切碎,在-30℃时使之冻结,再放在液氮温度下冷冻保存。研究小组把经过冷冻的桑枝细胞组织,拿回室温进行组织培养,结果长出茎、叶。
美国农业研究站遗传学家正在实施一个可保存带有优良性的草莓幼芽年的试验,他们计划从试验开始后5、10、25、50、75和年,分别取出从液氮中保存的草莓幼芽进行繁殖。通过试验,成功率达90%以上,处理后的草莓幼芽能正常开花结果。准备扩大梨、薄荷等其它植物的保种。美国还正在对高蛋白农作物的花粉进行延长生长期的冷藏研究,已成功地把花粉存放在冷库中,可使其生存期延长到4年之久。
液氮灭鼠:向鼠穴注入液氮,使鼠类在短时间内冻死或窒息而死。该方法对人和其它动物无任何危害,不会使封板结,适合农田、果园灭鼠。
家畜精液冷冻配种:自年家畜的精液冷冻贮存首次成功后,家畜精液的液氮冷冻配种已成为繁殖家畜新品种、迅速发展畜牧业的重要手段。
冷烫畜群标记:采用液氮低温熨斗给牲畜做标记,比用热熨斗要好。优点是不痛、不流血,不易造成皮肤感染。
家畜胚胎低温保存:哺乳动物胚胎可在液氮中长期保存。“借腹怀胎”的实验,我国已获成功。为家畜器种改良和高效繁殖奠定了基础。
兽药疫苗低温保存:我国生产的兽药鸡马立克液氮疫苗必须用液氮冷冻保存。
注氧养鱼:为了提高养鱼池的鱼产量,国外采用鱼池注氧方法,鱼产量可提高4~5倍。我国年开始向鳗鱼和甲鱼池注氧,取得了好的经济效益。据国外报导,到鱼类生长后期,每公倾水面供氧量可达7~10吨/天。
18.在环保产业的应用
纯氧曝气处理污水:齐鲁石化公司供排水厂,年5月建成纯氧曝气乙烯污水处理场,年改进采取高MLSS浓度法,充分发挥了高DO浓度的优势,增强了污水处理深度。该厂有一套林德的污水处理专用制氧机,年12月投运,氧m3/h(98%)、氮0m3/h(99%)。年8月又投运一套哈氧厂的m3/h空分设备。英国BOC公司,年在泰国凤凰纸浆造纸公司安装两台污水处理设备,每天将3吨纯氧注入污水中,使政府下令要关闭的造纸厂又恢复生产。
充氧废水处理:普莱克斯在世界上已安装了多台现场充氧废水处理装置,但在美国国内城市中,位于衣阿华州的CedarRapids是首个使用该公司充氧废水处理装置的。位于奥地利拉基尔辛的瑞典SVENSKA纤维集团的子公司SCA格拉菲克股份公司是一家大造纸厂,年产绘图纸32万吨,每天排出的废水量(按化学需氧量CSB计算)相当于一座大约16万人口的城市排出的污水量,污水处理设备经常在极限状态下满负荷运转。
鉴于这种情况,梅塞尔公司为其提供了PSB(部分氧气薰蒸)工艺,即在空气中添加纯氧,然后送入净化设备的生化池中。运用这一工艺首先需用探测器测定氧气的浓度,以便可以根据废水污染的不同程度送入需要的氧气量。送氧系统是一个由开缝软管制成的席垫,席垫以极其微小的气泡放出氧气,以利于氧气在水中的溶解。软管预先安装在一个钢架上,这样可以非常方便地将其安装在池的底部。如今,拉基尔辛SCA格拉菲克股份公司可以从梅塞奥在利公司得到氧气,对污水进行有益于环境保护的净化。
环注氧使死湖再生:国外对无生物和鱼类的死湖采用强制注氧的方法使它们再生。
环超导磁分离消除污染:采用超导磁分离对含铁河水,对化工、炼钢和造纸等工业废水和五活废水进行净化处理。由于它可以脱除炎电厂燃煤中大部分无机硫和灰粉,还是减少酸雨和粉尘的有力手段。
环液氮冷凝处理废气:工厂排出的废气采用液氮冷凝处理来减少污染、清洁大气。我国在火箭推进剂燃放的有害气体偏二甲肼及NO2的处理方面采用液氮也获得成功。
氧气漂白纸浆:氧气漂白法可以防止环境污染,是迄今能显著减轻漂白排水污染负荷的唯一工业技术;再是采用氧气漂白,药品的成本比较低。所以,在造纸工业上应用氧气是有发展前途的。其机理是:在加热器加温的同时,通入7~10公斤/厘米2氧压的氧气,使蒸煮液熔氧,送入蒸煮罐中,可以促使木质素氧化熔出。这是因为氧有较强的脱木素能力,可提高生产效率,提高纸将收获率。每吨纸浆耗氧20~60公斤。国外报导拉漂白造纸氧耗约50公斤/吨。
城市垃圾焚烧:这些年来,我国城市生活垃圾增长速度很快,年增长率已达9%,少数大城市如北京已达到15~20%。据不完全统计,目前全国一年产生的生活垃圾已达1.5亿吨。随着人民生活水平的提高,我国生活垃圾的构成也发生了很大的变化,可燃的有机物不断增加,垃圾的热值越来越高。就拿北京来说,垃圾中的灰土、炉渣等不可燃物所占的比例已从九十年代初的53%下降到目前的10%以下,而垃圾中的纸类、织物、塑料等燃物的比例已由40%增加到80%以上,垃圾的热值也由过去的大卡/公斤上升到大卡/公斤。尽管目前我国城市生活垃圾无害化处理的主要方法还是卫生填理,其次是高温堆肥,焚烧占了不到1%,但是承着近些年来生活垃圾热值的提高以及一些大城市地皮日趋紧张,没有地方兴建垃圾填理厂,因此,垃圾焚烧在我国将会成为垃圾无害化处理的一个重要措施。尤其是南方一些城市,地下水位很高,用填埋的方法处理垃圾容易造成地下水污染,所以,现在不少南方大中城市都正在准备兴建垃圾焚烧厂。如广州劲马动力设备集团公司引进加拿大瑞威环保公司的CAO垃圾热解焚烧发电技术,首座日处理t的垃圾焚烧发电厂将在深圳市龙岗区建成。高温0℃以上,焚烧热分解产生的可燃气体,通过废热锅炉回收热解发电。
低温粉碎废旧轮胎:随着汽车工业的迅猛发展,越来越多的废旧轮胎形成“里色污染”,正在威胁着全人类的生存环境。我国是世界上第三大轮胎和平国,每年生成的废旧轮胎达万只。
液氮低温粉碎就是国外已形成“低温粉碎(回收)工业”,即利用大多数质“低温脆性”很容易粉碎的特性,将它们粉碎,并回收贵金属。为报废旧电机、电器和电缆,甚至整辆废旧汽车,低温粉碎是最理想的处理方法,因为它可以回收多种不同的贵重金属。废旧轮胎的处理,应用低温粉碎则是唯一的高效的一种方法。因为橡胶以及塑料等的液氮低温粉碎,是热敏材料非常实用的一种粉碎技术,热敏变软变粘的材料在低温下变硬变脆,就很容易破碎回收。一般物料液氮耗量在1:0.8~1。
19.在建筑、气象部门的应用
隧道冷冻施工:在开挖山洞、隧道和修建地铁的过程中,为避免流沙、地下水和塌方事故,采用液氮土壤冷冻的施工方法已取得成功,也包括在铁路干线铺设管路。上海地铁1号线,利用液氮通过冻结管来冻结管来冻结淤泥,用液氮直接喷在局部地层进行速冻。
混凝土冷却:水坝、桥梁、码头等大型建筑物在施工中,在混凝土固化时会使温度升高至93℃,在大量浇注时,内、外部温差会导致混凝土裂开,使用寿命缩短。采用液氮冷冻混凝土技术,使混凝土冷却,温度不超过24℃,可获得高强度的凝土,从而提高了建筑物的安全可靠性和使用寿命。润扬长江公路大桥是世界第三座大跨径悬索桥,大桥南锚碇基坑为长70.5米、宽52.5,深29米的矩形结构,基围护采用冻结壁止水帷幕与排桩组合结构。马钢气本公司提供液氮近m3。
液氮清理污物:在清理地下设施、隧道中的污物时,在难于工作的地方采用液氮冷冻施工法快速可靠。
高原隧道施工;青藏铁路位于海拔米的风光山地压缺氧是工程建设的主要障碍。空气中的氧分压仅相当于海平面的50%。由于缺氧,高源施工可能引发高原性肺水肿、脑水肿等各种高原病,危及建设者的生命健康。因此青藏铁路的建设必须源源不断地提供氧气。一般采用洞内弥漫式供氧方式。
人工降雨:浙江人工降雨,用液氮作催雨剂,用飞机喷洒升液氮30分种后,便开始降雨。
人工增雨:北京每年在密云和官厅水库上游地区增水1.8亿吨,投入产出比高达1比90以上。人工增雨可以增加自然降水量的10%至15%,最高可达26%。
人工消雾:首都机场年2月17日晚上~18日上午,北京沙河机场大雾,能见度仅30米,进行了喷洒液氮人工消雾试验,喷洒90分钟后,能见度即达到0米,并持续2小时,年6月通过了专家鉴定。每公斤液氮2元,做一次约要花费18万元。
20.在文化、体育与公安部门的应用
文艺演出的云和雾:舞台演出和拍电影时,采用液氮人工制造云雾相当逼真,而且对演员无任何刺激。
广告霓红灯:把氖和氩混合封入霓红灯,能产生美丽的兰光,与氦、氩进行不同的配比,并利用各种滤光玻璃,就制成各种绚丽多采的霓红灯。
电影相摄与放映:利用氙的极高的发光强度,其放电强度超过太阳光的放电强度。短孤氙灯只有更高的色温,线度好;光的色彩相似于中午的目光,目前电影放映机普遍采用小氙灯。
赛车轮胎充气:美国空气制品公司主动出击抓住商机,为多个赛车队提供近只氮气瓶,赛车加油站的员工可用氮气来驱动气动工具以及给赛车轮胎充气。
人工制造冰雪:美国空气制品公司为南非动物园提供液氮人工制造极地雪堆,因为两只可爱的北极熊在动物园内出身,从未见到和玩弄过冰雪。据估计,使用20吨液氮和10立方米水,可以选出立方米的雪。
公安案件侦破:采用液氮冷冻方法使犯罪分子作案现场的指纹得以显现。
公安可疑爆炸物品的处理:可将可疑爆炸物品浸泡在液氮中使其失效。该方法既安全又有效。
文化冷冻动物库:国际上为保护珍稀野生动物而采取一项新措施是建立冷冻动物库。一旦需要可随时取出复温,进行繁殖培养和科学实验。年我国第一座冷冻动物库在昆明动物研究所建成。
文化生物标本以及古籍的保存:博物馆的生物标本,用液氮冷冻干燥法保存能长期栩栩如生。图书馆的古籍经液氮处理,可杀死蛀虫,使书籍长期得以保存。珍物(如珍贵画卷、书卷)安放在充满氮气的有机玻璃内,可永远珍藏而不遭氧化。
云居寺石经雕刻是中国历史上继京杭大运河这后又一项伟大工程,现今寺内珍藏石刻佛经部卷共块。云居寺因此堪称世界上最大的石刻图书馆。石经出土40余年后,由于大气污染等原因,不少石经表面用手一摸会掉粉末,部分石经甚至已出现文字脱落现象。因此,拯救石经已经刻不容缓,于是采取密闭充氮、恒温恒湿保存。
21.在医疗、保健方面的应用
抢救临危病人:氧气不但是工业生产所必需的气体,也是地球上有生病的机体赖以生存的物质,用氧气抢救窒息病人,临危病,这是众所周知的。在医院里,特别是重惩监护病房,氧气被称为“救命气”,医院的ICO病房每天约需耗氧m3,且要求每天24小时不中断供氧,医院一般均建立中心供氧系统,其方式主要有集组钢瓶、低温液氧贮槽和变压吸附制氧机供氧三种方式。
冷冻医疗:在医学上,现已形成“冷冻外科”。已广泛应用于皮肤科、眼科、口腔科、妇科、五官科、肿瘤科等。治疗的疾病,包括皮肤病、血管瘤、脑瘤、肺癌、宫颈糜烂、内痔、疣、痣等几十种疾病,有较好疗效。
国外称冷冻冶疗为“治癌的新武器”。上海医科大学肝癌研究所曾报道用喷射式液氮冷冻治疗机治疗原发性肝癌15年的临床经验。治疗为60例,全部病例冷冻后恢复顺利。表明肝癌液氮冷冻治疗是安全可行的,可作为不能切除肝癌综合治疗的一个手段。再液氮冷冻治疗血管瘤,成功率80%以上,有效率在90以上,用液氮冷冻分层脱除,是较为理想的方法。
用液氮冷冻治疗腋臭,有冷冻头直接接触和喷冻(反复二次)两种,均能破坏或将大汗腺顶端收缩封闭,减少或消除臭汗液分泌,同时超低温易使致臭杆菌杀死,因此能彻底清除臭味。
液氮可脱清雀斑。一般雀斑经冷冻后,5分钟内即会浮起,3小时成泡点,3日成痂,5~7日脱落。初有粉红印迹,正常皮肤可在2~3周左右完全复原。从这角度,已发展为“液氮冷冻美容”,深圳已有美容服务部。
还有用深低温冷冻同种骨、关节,并已移植成功,取得满意疗效。其同种骨制备法是:取年龄在18~30岁急性暴死尸体,于死亡1小时内,经消毒、取骨,即深低温贮存,需要移植。
冷冻喉管技术,对大部分液体管道维修工程是个好方法,直径在mm(14)以下的喉管,被安上一个特别设计的凝固箱,再灌注入液氮。液氮的低温(-℃)将喉管内之液体凝固,形成“冰块”阀门。在冷冻剂不断供应下,冰块一直维持到工程完成为止。
高压氧治疗:就是将病人置于高于大气压的环境里(一般为2~3大气压)使其适于高浓度氧以求改善病态的一种治疗方法。用高压氧舱治疗的病种有:心绞痛、脑梗塞、急性脑缺氧(自缢)、一氧化碳中毒、气性坏疽、破伤风、创伤(植皮)、休克、烧伤、血栓闭塞性血管炎、眼球脉络膜炎,作辅助治疗用于断肢再植和肢体血循环阻碍等。其原理是人在三个大气压的铁箱中呼吸氧气,当溶于血液液体部分的氧气占容积的6%时即可维持组织上中氧的需要,即使在血管中没有血液,也能用葡萄糖和生理盐水维持生命。
生理学治疗:在潜水作业中,若用普通空气,在深度为50米时,溶解在血液中的氧气就会产生麻醉作用,潜水员就要发生危险。因为海下深度每增加33尺(约10米),压力就增加1个气压,普通空气(20.9%O2)到尺(91.5米)海底就变成%的氧气,这样浓的氧气是不适于呼吸的。此外,如果潜水员上升水面的减压太快,人体中的氮气会形成小的气泡,结果使人产生佝偻的病症——痉挛、血管栓塞、甚至使呼吸系统瘫痪(潜水病)。为了清除这种危险,目前这种氦空气,在米以上的深度作业也不会发生危险,在0尺(米)深海也不会引起麻醉。但必须根据深度对氧气的浓度作适当的增减。潜水越深,要求氧含量减小。如海深米,要求制出含氧16~17%的“氦空气”,米深时要求7~8%氧。这样的人工空气的使用量是很大的,例如米深海作业20分钟,包括呼吸和减压在内,每人要耗9~12m3氦气、6m3氧气和3m3氮气。
纯氧敷伤口加速愈合:美国研究人员,用纯氧气来敷着伤口可加速伤口愈合,这种技术疗褥疮和溃疡症状,减轻病人手术后的痛苦。
研究人员发现,手术伤口用纯氧疗法最有效,其次是溃疡,褥疮疗效约得百分之四十四。
此外,用纯氧疗法后,伤口留下的疤痕较浅,故医生提议意外导致皮肤受伤的人可用此疗法。
氙气帮助修复受损的神经细胞:英国伦敦皇家学院的科学家们发现氙气可帮助保护受损的神经细胞,为此他们与美国空气制品公司一起建立了一家名叫Proexeon公司以开发其临床应用。研究表明惰性气体氙可用作神经保护剂,防止受损神经细胞死亡。根据临床前的试验,研究人员相信氙可在人体上应用,可治疗神经受损病人如中风、麻痹、脑伤和脊髓受伤等。临床证实这是一种治疗神经受伤病人的有效途径。目前神经细胞在它们死亡后不能再生,但使用氙气可马上防止细胞死亡。
可吸入止痛剂:现在英国急救人员、助产士和护理人员可向病人提供一种快速、可吸入的笑气和氧的混合气止痛剂。该气体的商标是Emtonox,混合气由50%笑气和50%氧组成,这是一种快速止痛剂,因为它的血液气体可溶性低,可在两分钟内起作用。这种混合气用BOC医用轻型CD气瓶灌装。这种气瓶比标准的D气瓶轻25%,装有推开、拉关阀门,内装调压器和快速转换entonox出口。因为气瓶质量轻,对社区的且产士、护理人员和急救人员大有好处,使他(她)们可以同时携带其它设备现场工作。
整个世界氙在麻醉方面的应用不断扩大,梅塞尔公司在欧洲寻求正式批准使用氙麻醉技术,法液空在这方面拥有多项专利,美国普莱克斯正在请求食品药品管理局批氙在麻醉上应用。一般一次手术需大约10升氙。在世界医用市场上BOC乃是首届一指的主要厂商,它