Методи за производство на промишлени газове

I. Метод за разделяне на въздуха
1. Метод на криогенна дестилация
- Това е един от най-често използваните методи за производство на индустриални газове. Базира се на разликата в точките на кипене на различните газови компоненти във въздуха. Първо въздухът се компресира, охлажда и пречиства, за да се отстранят примеси като вода, въглероден диоксид и др. Например, въглеродният диоксид и водата се адсорбират от молекулярни сита и след това въздухът се охлажда до почти течно състояние. При ниски температури започват да се отделят различни газове, като азот, който кипи при -195.8 градуса, и кислород, който кипи при -183 градуса. Чрез дестилационната кула по-лекият азот се обогатява в горната част на кулата, а по-тежкият кислород се обогатява в дъното на кулата. Този метод може да произвежда газове с висока чистота като кислород, азот и аргон в голям мащаб. Тази технология се използва широко в много промишлени области, като стоманена, химическа и други индустрии, за да им осигури необходимите промишлени газове.
2. Мембранен метод за разделяне
- Методът за разделяне на мембраната използва разликата в пропускливостта на специални полимерни мембрани за различни газове за разделяне на газовете. Когато въздухът преминава през мембранния модул под определено налягане, различни газове преминават през мембраната с различна скорост. Например, кислородът прониква през мембраната по-бързо от азота. Този метод има предимствата на проста работа и компактно оборудване. Чистотата на произведения газ обаче е сравнително ниска и той обикновено се използва на места, където изискванията за чистота на газа не са особено високи, като например дребномащабно промишлено производство или някои спомагателни процеси. В индустрията за опаковане на храни азотът, произведен чрез мембранно разделяне, може да се използва за консервиране на храна и предотвратяване на окисляването и влошаването на храната.

2. Метод на химичен синтез
1. Синтез на водород
- В индустрията има много методи за химичен синтез за производство на водород. Сред тях реакцията на преместване вода-газ е често срещан метод. Използвайки въглища или природен газ като суровини, въглеродният окис и водородът първо реагират, за да генерират (като реакция на парно реформиране на природен газ: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H _2\)) и след това реакцията на преместване вода-газ \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) се използва за допълнително увеличаване на водорода производство. Водородът има широк спектър от приложения в областта на нефтохимията, електрониката и т.н. Например, в процеса на рафиниране на нефт водородът се използва за реакции на рафиниране на хидрогениране за отстраняване на примесите в петролните продукти.
2. Синтез на амоняк
- Амонякът се синтезира чрез процеса на Хабер-Бош. Азотът и водородът реагират при висока температура (около 400-500 градуса), високо налягане (150-300 атмосфери) и катализатор (обикновено железен катализатор), за да се получи амоняк. Уравнението на реакцията е \(N_2+3H_2⇌2NH_3\). Амонякът се използва главно в производството на торове и е важна суровина за азотни торове. Освен това амонякът има много приложения в химическата и фармацевтичната промишленост, като например при производството на химически продукти като азотна киселина

III. Електролиза
1. Водна електролиза за получаване на водород и кислород
- Електролизата на водата е разлагането на водата на водород и кислород под действието на постоянен ток. В електролитната клетка водата се използва като електролит, а електродите обикновено са направени от благородни метали (като платина) или графит. Уравнението на реакцията е \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\). Водородът, произведен по този метод, е с висока чистота, достигаща повече от 99,9%. Въпреки че разходите за производство на водород чрез водна електролиза са сравнително високи, той играе незаменима роля в някои специални области на приложение, които изискват изключително висока чистота на водорода, като електронната промишленост, горивните клетки и др. В същото време кислородът, произведен от електролизата може да се използва и в някои специални промишлени процеси или за медицински цели.