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. 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.