在《瀚海狼山》一文中,我们提到过氢氧大火箭所使用的低温液态氢并不是直接通过电解水来大量生产的,而是依赖油厂、氯碱厂以及化肥厂等工业设施的富余热能和化学工艺来实现大规模的制造。除了氢气的生产工艺,液态氧的生产过程也同样至关重要。与液氢不同的是,液氧的生产并不完全依赖于化工厂的副产物。它的生产过程与液氢大不相同,且更具可操作性。
首先需要明确的是,氢气在大气中的含量极为稀少,提取难度很大,而通过电解水来获得氢气不仅效率低下,而且能耗高。为了减少成本,炼油和化工厂采用了更为经济的途径来大规模生产液态氢。但液态氧的生产就要简单得多,因为空气中就包含了丰富的氧元素。空气的组成中,氧气大约占21%,所以从空气中提取氧气无疑是成本最低、产量最大的选择。
液态氧的化学式是O₂,它的本质就是氧气在低温下凝结而成。液态氧的外观为淡蓝色,沸点为-183℃,当其温度进一步降低至-218.8℃时,便会变成雪花状的固体。与液态氢相比,液态氧的保存温度要高得多,因此它的保温成本也相对较低。
液态氧的密度非常大,每立方米约为1140公斤,甚至比水的密度还要高。相比之下,同样体积的液氢仅重78公斤。在氢氧发动机的火箭中,液氧储存箱的重量通常占据了绝大部分。液氧还有一个特性,它具有一定的磁性,可以被磁铁吸引,这一独特性质在一些特殊领域也有所应用。
至于液氧的生产工艺,主要依赖于一种名为“液态空气分离法”的技术。这一过程的原理是通过将空气加压降温,使空气液化,然后通过逐步减压使其分离。由于氮气的沸点比氧气低,因此在空气液化之后,氮气首先蒸发,剩下的大部分便是液态氧。通过这一过程,工业用液氧可以得到生产。
这种方法的成本远低于通过电解水直接生产氧气。通常情况下,液氧的纯度要求并不高,常见的工业用液氧中可能会含有少量的惰性气体。但这些惰性气体不容易与其他物质发生化学反应,因此不会影响到一般工业生产或作为气焊、气割等用途时对氧气的需求。而用于或火箭等高精度需求的液氧,则通常需要经过进一步提纯。
值得注意的是,液氧本身并不燃烧,但它却是一个极强的助燃剂。在液氧的作用下,连平时无法燃烧的钢铁都会发生剧烈燃烧反应。液氧被归类为乙类危险品。在某些情况下,即便是汽油、柴油与液氧混合,也不一定立即发生燃烧,反而会被液氧瞬间冷却,形成固态燃料。但一旦这些固态燃料与液氧混合物发生碰撞或加压,就会极其不稳定,并可能引发剧烈的。
进行类似实验时的任何疏忽都可能引发严重后果。液氧与质的混合物极易发生不可预见的反应,有时可能在没有任何外部点燃源的情况下自行着火。液氧的危险性要求专业设备和技术人员的参与,绝对不能随意进行相关实验或操作。
液氧作为一种高能助燃物质,在工业应用中发挥着重要作用,但它的使用必须遵循严格的安全规范。只有在专业人员和设备的保障下,才能有效地控制其危险性,确保使用过程中的安全。