Получение азота и кислорода

Получение азота и кислорода из атмосферного воздуха является базовой технологией разделения воздуха и широко применяется в промышленности и медицине.

Основные применения

Азот:
Промышленное пожаротушение
Производство аммиака

Кислород:
Дутье в доменные печи при производстве металла
Дутье чистым кислородом в конверторные печи при производстве стали
Сварочные работы и газорезка
Медицина

Технический азот и кислород получают из жидкого воздуха, разделяя последний ректификацией. Воздух, используемый для получения азота, должен быть чистым, не содержащим пыли, водяных паров, двуокиси углерода, окислов азота, ацетилена и других примесей.

Разделяющие криогенные установки функционируют по принципу сжижения воздуха. Сначала он сжимается компрессором, затем проходит через теплообменники и расширяется в детандере. В результате охлажденный воздух становится жидкостью. За счет разной температуры кипения кислорода и азота происходит их разделение. Процесс многократно повторяется на специальных ректификационных тарелках. Завершается он получением чистейшего кислорода, аргона и азота.

Данный способ наиболее эффективен для крупных предприятий по причине значительных габаритов системы, сложности ее пуска и обслуживания. Достоинство метода состоит в том, что можно получить азот и кислород наивысшей чистоты, как жидкий, так и газообразный, в любых количествах. При этом расход энергии на изготовление 1 л вещества составляет 0,4-1,6 кВт/ч (в зависимости от технологической схемы установки).
Воздух подвергается постепенному охлаждению до низких температур для вымораживания паров воды, двуокиси углерода и сжижения его.
Процесс заканчивается ректификацией жидкого воздуха в двойной ректификационной колонне.
В результате ректификации из верха колонны отбирают пары азота, содержащие 99,8-99,99% N2, а из нижней ее части уходит жидкий или парообразный кислород, содержащий 90-99,5% 02.
Аргон и другие инертные газы, содержащиеся в воздухе, уходят с азотом и кислородом; существуют установки, где эти газы могут быть выделены.

Таким образом, производство азота из воздуха связано с получением больших количеств кислорода, который, как известно, применяется для сварки и резки металлов, для интенсификации процессов в металлургической и химической промышленности и для других целей. При получении больших количеств технического кислорода удешевление производства достигается путем применения установок низкого давления (6-6,5 атм) с регенераторами и турбодетандерами, причем в настоящее время строят крупные воздухоразделительные установки.
На современной установке, перерабатывающей 50 000 м3 воздуха в час и более, расход энергии составляет на 1 м3 газообразного кислорода 0,43-0,47 кВт/ч, причем чистота кислорода доходит до 99,5%, азот можно получать чистотой в 99,99%.
Дополнительные колонны могут обеспечивать извлечение редких газов (аргона, неона и пр.).