Основным сырьем для промышленного получения кислорода является атмосферный воздух. Поскольку воздух — это бесплатная и возобновляемая смесь газов, содержащая примерно 20,95% кислорода, его переработка является наиболее экономически выгодным методом. Ниже приведены основные технологические способы извлечения кислорода. 1. Криогенная ректификация (Глубокое охлаждение) Это основной метод, используемый на крупных металлургических и химических предприятиях для получения кислорода в промышленных масштабах с высокой степенью чистоты (до 99,9%).
- Процесс: Воздух очищают от пыли, влаги и углекислого газа, после чего сжимают компрессорами.
- Охлаждение: Сжатый воздух подвергается расширению (эффект Джоуля-Томсона), что приводит к его сжижению при температуре около °C. Разделение: Жидкий воздух подается в ректификационную колонну. Так как азот имеет более низкую температуру кипения ( °C), чем кислород ( °C), при постепенном нагреве смеси газы разделяются на фракции.
2. Адсорбционное разделение (КЦА — Короткоцикловая адсорбция) Этот метод применяется на предприятиях средней и малой мощности, где требуется кислород чистотой 90–95%.
- Принцип: Используются специальные вещества — цеолиты (молекулярные сита).
- Механизм: Под давлением воздух пропускается через адсорбер. Цеолит удерживает молекулы азота, пропуская кислород. Когда адсорбент насыщается азотом, давление снижается, азот сбрасывается в атмосферу, и цикл повторяется.
3. Мембранное разделение Метод основан на разной скорости диффузии газов через полупроницаемые мембраны.
- Процесс: Воздух под давлением подается в мембранный модуль. Молекулы кислорода проникают через полимерное полотно мембраны быстрее, чем азот.
- Результат: Этот способ наименее энергозатратный, но позволяет получить лишь обогащенный воздух (с содержанием кислорода до 40–50%), что достаточно для некоторых медицинских и технических нужд.
4. Электролиз воды Хотя воздух является основным источником, в некоторых случаях кислород получают путем разложения воды под действием электрического тока.
- Реакция: Особенности: Метод требует огромного количества электроэнергии. Его используют в основном тогда, когда основной целью является получение чистого водорода, а кислород выступает как побочный продукт, либо на объектах, где затруднена доставка сырья (например, на атомных подводных лодках или космических станциях).
Итог: В современной индустрии свыше 95% всего кислорода получают методом криогенного разделения воздуха, так как он позволяет производить продукт в жидком и газообразном виде в любых необходимых объемах. Я могу подготовить для вас сравнительную таблицу стоимости производства кислорода разными методами или составить список оборудования, необходимого для запуска адсорбционной станции. Вам это интересно?
Форма ответа
Ответы и вопросы пользователей