Получение азота в промышленности

Азот не добывают из земных недр или океанских глубин. Его получают непосредственно из атмосферы, которая примерно на 78% состоит именно из этого вещества. Почти все способы получения азота строятся на принципе уменьшения кислорода в смеси газов, которая и представляет собой всем привычный воздух.

Методы получения азота

Есть 3 методики добычи азота:

• криогенный;
• мембранный;
• адсорбционный.

Криогенный метод заключен в пофракционном испарении сжиженного воздуха. Его принцип состоит в разнице температур кипения различных компонентов. Весь процесс занимает несколько этапов:

• Воздух сжимается под действием компрессора с одновременным отбором тепла, которое выделяется в процессе компримирования.
• Из сжиженного воздуха убирают воду и углекислый газ, которые затвердевают, образуя осадок.
• Смесь кипит при снижении давления. Температура снижается до -196°C. Происходит постепенное испарение азота, кислорода и благородных газов.

Криогенный метод получения азота оправдан при значительном расходе и высоких требованиях к составу. Конечный продукт чист на 99,9999%. Энергоемкое и габаритное оборудование является высокосложным и потому требует квалифицированной подготовки специалистов, которые его обслуживают.

Недостатком такого метода является вероятность попадания масла в сжатый поток воздуха, а также ряд ограничений по температурному режиму (только искусственно созданный климат). Кроме того, стационарность установки означает невозможность ее расположения на транспорте, где высока вероятность тряски. Адсорбент не выносит ударов: он будет распадаться, вызывая цепную реакцию и разрушение гранул. То есть адсорбент и продуктовый азот будут выдуваться в пневмосеть. Давление азота не превышает 10-ти бар.

Мембранный метод получения азота возможен при помощи специального модуля. Он состоит из цилиндров, которые содержат ориентированные по стенкам волокна — макаронины. Сжатый воздух подается на торцы полимерных труб, пропускающих молекулы азота. Прочие элементы удаляются посредством стенок волокон. Модуль обладает слабой фильтрационной способностью. В связи с этим обогащенный кислородом воздух является вторичным продуктом.

Минусом такого метода является чувствительность мембран к загрязнению. Для получения азота сжатый воздух чистится от конденсата и масел. При этом чистота продукта достигает 95% и уменьшается по мере повышения производительности установки.

Получение азота путем адсорбции применяется с конца XX века. Принцип метода основан на способности пористых твердых веществ удерживать газы посредством межмолекулярного притяжения. Главным элементом установки является адсорбер, в который под давлением подается воздух. Сорбент поглощает кислород, а азот поступает к потребителям. Остаточное давление газа равняется 7-12 атмосфер. Азот необходим в промышленности и для сторонних покупателей. Адсорбционные установки могут быть оснащены бустерами, через которые закачиваются баллоны. В этом случае давление может превышать 300 атмосфер, а производительность - несколько сотен кубометров в час. Примерный срок службы составляет около 15-ти лет. Содержание примесей: 5 — 0, 0005%. Установка работает без перерывов в автоматическом режиме, потребляет мало энергии и имеет небольшие размеры.

В связи с тем, что азот может получаться разными способами, выбор оборудования должен основываться на специфике предприятия и его энергетических возможностях.