При помощи сверхнизких температур из воздуха атмосферы получают кислород, азот, редкие газы. Гелий выделяют в основном из природного гелиеносного газа, а из коксового ‒ водород. Получают вещества на специальных установках, используя методы сжижения газов и фракционной конденсации.
Потребителями продуктов криогенного разделения являются чёрная и цветная металлургия, химическая отрасль, радиоэлектроника, ракетно-космический комплекс, нефтегазопереработка. Разделение газов и паров требует разработки и применения специальных криогенных технологий, оборудования для производства, хранения, транспортировки сжиженных и газообразных продуктов.
Какие продукты можно получить из газов
Из газов: природного, коксования твёрдого топлива, нефтепереработки, из атмосферного воздуха получают газообразные индивидуальные компоненты, а именно:
- газообразный N2 характеризуется химической инертностью, взрывопожаробезопасностью, предотвращает окисление, развитие микроорганизмов плохой проводник электричества и тепла;
- О2 окисляет многие вещества даже при комнатной температуре, активно поддерживает горение, образует взрывчатые смеси;
- Н2 самый лёгкий газ, взрывоопасен, способен проникать через резину, стекло, некоторые металлы, при взаимодействии со сложными веществами проявляет восстановительные свойства;
- благородные газы (Ar, He, Ne, Kr, Xe) представляют собой в обычных условиях одноатомные газообразные бесцветные вещества, без вкуса, запаха, нетоксичные, негорючие, плохо проводят тепло; элементы относятся к 18 группе периодической системы, внешние атомные оболочки полностью заполнены электронами, этим объясняется их высокая степень химической инертности.
Применение индивидуальных газов
- Азот используют в качестве сырья для аммиака и азотной кислоты, из которых получают минеральные удобрения. В нефтехимии, электронике, горном деле газ используют для продувки резервуаров, трубопроводов для освобождения от кислорода. Без жидкого азота не обходится проведение медицинских и косметических процедур.
- Кислород незаменим при проведении реакций окисления и синтезирования азотной, серной кислоты, метанола, ацетилена. О2 помогает более эффективному сжиганию топлива при конвертерном производстве стали, в баллонах используется для резки, сварки металла, в медицине поддерживает полноценное дыхание, лечит астму, декомпрессию. Самый действенный окислитель ракетного топлива ‒ это смесь жидких кислорода и озона.
- Аргон играет роль защитной атмосферы при проведении сварочных работ, при выращивании полупроводников, для заполнения ламп накаливания.
- Гелий выступает в качестве самого низкотемпературного хладагента, он помогает работе магнитно-резонансных томографов, им заполняют воздушные шары, дирижабли.
- Неон востребован для изготовления криогенной техники, осветительных устройств.
- Криптон применяется для выпуска эксимерных и боевых лазеров, для заполнения пространства между стёклами стеклопакетов.
- Ксенон задействуют для наполнения газоразрядных и импульсных трубок, в качестве наркоза, катализаторов химических реакций. Фторидами пассивируют металлы, окисляют ракетное топливо.
- Водород служит химическим, горючим сырьём. С его помощью гидрируют жиры, синтезируют аммиак, гидразин, проводят термообработку металлопродукции. Водородное высококалорийное топливо востребовано в промышленности, на транспорте, в энергетике, в результате его применения снижается количество вредных выбросов в атмосфере.
Методы получения газов
Проведение некоторых технологических процессов возможно только при температурах намного ниже нуля градусов по Цельсию. Низкотемпературная техника делится на два вида с температурной границей до -120°C и ниже:
- холодильная, которая даёт умеренный холод при охлаждении выше минуса ста двадцати градусов по Цельсию;
- криогенная, обеспечивающая глубокий холод ниже -120°C.
Как получить умеренный холод
В основе работы холодильной машины, вырабатывающей умеренный холод, лежит замкнутый термодинамический цикл, состоящий из испарения холодильного агента с последующим его сжатием и расширением. При этом система поглощает энергию за счёт передачи тепла от объектов с низким температурным уровнем к более нагретым телам. ХМ характеризуется холодопроизводительностью. Для промышленных агрегатов эта величина составляет от 100 до 15000 кВт. Все холодильные машины делятся в зависимости от принципа действия на компрессионные, абсорбционные, эжекторные.
Как получить глубокий холод
Работа криогенной техники основана на расширении газов. При этом тепло отводится от тела, разница в температурах которого и окружающей среды составляет от 120 до 240°C. Газ расширяется двумя способами:
- дросселирование, то есть сжатый газ проходит через отверстие вентиля без теплообмена с окружающей средой (изоэнтальпийное расширение);
- адиабатическое увеличение газового объёма в детандере или турбодетандере с совершением внешней работы.
Промышленные установки криогенного разделения воздуха
ВРУ классифицируют, опираясь на следующие признаки:
- продукты разделения: кислородные, азотные, кислородно-азотные, комплексные в газообразном, жидком состоянии;
- производительность, м3: малая (до 300), средняя, высокая (более 30000);
- давление криогенного цикла, МПа: высокое (свыше 15), среднее (4 ‒ 7), низкое до (1.2).
Промышленные агрегаты, кроме того, отличаются способами получения холода, очистки, ректификации. Установка глубокого охлаждения состоит из следующих групп оборудования:
- машинное (компрессорное, детандерное);
- вспомогательное, предназначенное для подготовки воздуха;
- основное, включающее теплообменники, испарители, конденсаторы, дефлегматоры, колонны для ректификации и промывки;
- для хранения и транспортировки готового продукта;
- КИП.
Разработчики ВРУ направляют свои усилия на снижение экономических затрат и потерь, повышение эффективности и срока эксплуатации установок, оптимизацию и автоматизацию технологических процессов.
В нашей компании вы можете заказать разработку воздухоразделительных установок.
Для этого отправьте запрос на почту info@rusgazcryo.ru.
