Промышленное разделение воздуха на компоненты

Разделение воздуха осуществляется тремя основными способами: криогенным, адсорбционным и мембранным. Первый вариант считается классическим, поскольку позволяет получать не только чистый кислород и азот, но и аргон, гелий, неон и прочие составляющие.

Адсорбционный способ считается одним из самых прогрессивных. Он основан на способности некоторых материалов поглощать газы из атмосферного воздуха. Процесс протекает при обычной температуре, и аппарат быстро выходит на проектную мощность. Является идеальным вариантом для получения кислорода или азота чистотой до 95 %.

Мембранный способ основан на разной скорости проникновения компонентов атмосферного воздуха под определенным давлением через тело мембраны. Применяется в тех случаях, когда не требуются большие объемы газа.

Криогенная технология разделения воздуха

Разделение воздуха осуществляется на специальных промышленных установках методом криогенной ректификации. Данный способ основан на разной температуре кипения газов, входящих в состав атмосферного воздуха. Например, жидкий азот испаряется при −196 °C, а кислород — при −183 °C. Разумеется, для этого воздух необходимо охладить до температуры перехода в жидкое состояние. Это делается в специальных криогенных установках.

Технологический процесс начинается с подготовки атмосферного воздуха. На данной стадии выполняются следующие шаги:

• компрессионное сжатие воздушных масс до 6-7 атмосфер (сопровождается грубой очисткой от механических примесей посредством системы фильтрации);
• предварительное охлаждение воздуха до низкой температуры;
• очистка от паров влаги и углекислого газа по технологии «молекулярного сита».

Далее наступает второй этап охлаждения воздуха в главном теплообменнике криогенной камеры. При этом его температура опускается до −175 °С. Дальнейшее охлаждение достигается частичным сбросом давления, при котором воздушная масса переходит в жидкое состояние.

После таких манипуляций сжиженный воздух достигает температуры −200 °C и готов к сепарации. Для этого используются две разделительные колонны: одна среднего и одна низкого давления. Принцип разделения основан на разной температуре кипения основных составляющих компонентов:

• жидкий азот испаряется при −196 °C;
• кислород — при −183 °С.

Таким образом, азот испаряется и концентрируется в верхней части сепарационной колонны. Однако существующая температура недостаточна для кипения жидкого кислорода, который и занимает нижнюю часть сосуда.

Для получения аргона и других составляющих используются дополнительные колонны, специализированные для отделения конкретных газов.

Основным преимуществом метода криогенной ректификации является повышенная чистота конечного продукта. Кроме этого, данный способ позволяет получать такие газы, как неон, аргон, гелий и др.