Способи отримання промислових газів

I. Спосіб повітророзділення
1. Метод кріогенної дистиляції
- Це один із найпоширеніших методів виробництва промислових газів. Він заснований на різниці температур кипіння різних компонентів газу в повітрі. Спочатку повітря стискається, охолоджується та очищується для видалення домішок, таких як вода, вуглекислий газ тощо. Наприклад, вуглекислий газ і вода адсорбуються молекулярними ситами, а потім повітря охолоджується майже до рідкого стану. За низьких температур починають розділятися різні гази, наприклад азот, який кипить при -195,8 градусів, і кисень, який кипить при -183 градусів. Через дистиляційну вежу легший азот збагачується у верхній частині вежі, а більш важкий кисень збагачується в нижній частині вежі. Цей метод може виробляти високочисті гази, такі як кисень, азот і аргон у великих масштабах. Ця технологія широко використовується в багатьох галузях промисловості, таких як сталеливарна, хімічна та інші галузі, щоб забезпечити їх необхідними промисловими газами.
2. Метод мембранної сепарації
- Мембранний метод розділення використовує різницю в проникності спеціальних полімерних мембран для різних газів для розділення газів. Коли повітря проходить через мембранний модуль під певним тиском, різні гази проходять через мембрану з різною швидкістю. Наприклад, кисень проникає через мембрану швидше, ніж азот. Цей метод має переваги простоти експлуатації та компактності обладнання. Однак чистота виробленого газу відносно низька, і він зазвичай використовується в місцях, де вимоги до чистоти газу не дуже високі, наприклад, у невеликих промислових виробництвах або деяких допоміжних процесах. У промисловості пакування харчових продуктів азот, отриманий шляхом мембранного розділення, можна використовувати для збереження харчових продуктів і запобігання їх окисленню та псуванню.

2. Хімічний метод синтезу
1. Синтез водню
- У промисловості існує багато методів хімічного синтезу для отримання водню. Серед них поширеним методом є реакція зсуву вода-газ. Використовуючи вугілля або природний газ як сировину, окис вуглецю та водень спочатку вступають у реакцію з утворенням (наприклад, реакція парового реформінгу природного газу: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H _2\)), а потім реакція зсуву вода-газ \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) використовується для подальшого збільшення водню виробництва. Водень має широкий спектр застосувань у галузях нафтохімії, електроніки тощо. Наприклад, у процесі переробки нафти водень використовується для реакцій переробки гідрування для видалення домішок у нафтопродуктах.
2. Синтез аміаку
- Аміак синтезується за методом Габера-Боша. Азот і водень реагують під дією високої температури (близько 400-500 градусів), високого тиску (150-300 атмосфер) і каталізатора (зазвичай залізного каталізатора) з утворенням аміаку. Рівняння реакції має вигляд \(N_2+3H_2⇌2NH_3\). Аміак в основному використовується у виробництві добрив і є важливою сировиною для азотних добрив. Крім того, аміак також має багато застосувань у хімічній та фармацевтичній промисловості, наприклад у виробництві хімічних продуктів, таких як азотна кислота

III. Електроліз
1. Електроліз води для отримання водню та кисню
- Електроліз води – це розкладання води на водень і кисень під дією постійного струму. В електролізері як електроліт використовується вода, а електроди зазвичай виготовляються з дорогоцінних металів (наприклад, платини) або графіту. Рівняння реакції має вигляд \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\). Водень, отриманий цим методом, має високу чистоту, що досягає понад 99,9%. Незважаючи на те, що витрати на виробництво водню за допомогою електролізу води є відносно високими, він відіграє незамінну роль у деяких особливих галузях застосування, які вимагають надзвичайно високої чистоти водню, таких як електронна промисловість, паливні елементи тощо. У той же час кисень, що виробляється електроліз також можна використовувати в деяких спеціальних промислових процесах або в медичних цілях.