В начале XX века, когда были разработаны первые промышленные методы получения кислорода, его производили в небольших количествах и он был довольно дорогим. Из-за этого его применение было ограничено.
Однако за последние годы технология и аппаратура производства кислорода были существенно усовершенствованы, и сейчас можно производить дешевый кислород в больших количествах и широко использовать его в промышленности.
Кислород можно получать:
- Химическими способами;
- Электролизом воды;
- Криогенным методом;
- Адсорбционным методом;
- Мембранным разделением.
Химические способы
Первоначально для получения кислорода применялись химические способы, основанные на свойствах некоторых веществ, таких как бертолетовая соль или перекись бария.
Вместе с тем, кислород можно получить из двуокиси углерода через свинцовокислый кальций, марганцовистокислого натрия водяным паром, бихромата калия воздействием серной кислоты. Перекись натрия, перекись калия и надперекись натрия также выделяют кислород при взаимодействии с парами воды и двуокисью углерода.
Существуют способы получения кислорода из воздуха путем попеременного окисления и восстановления окислов хрома на силикагеле, однако они не имеют промышленного значения из-за низкой производительности.
Также существует вещество салькомин, способное поглощать и отдавать кислород при изменении давления и температуры, однако его применение также ограничено.
В настоящее время химические способы получения кислорода иногда используются для получения небольших количеств в лабораторной практике и других случаях.
Электролиз воды
Электролиз воды позволяет получать кислород и водород путем пропускания постоянного электрического тока через воду с гидроокисью натрия. Кислород собирается у положительного полюса, а водород — у отрицательного. Этот процесс экономически целесообразен только при низкой стоимости электроэнергии (например, энергии гидростанции) и используется в основном для получения водорода.
Криогенный метод
Разделение воздуха методом глубокого охлаждения – это процесс, который используется для получения кислорода и азота из атмосферного воздуха.
Разделение воздуха является сложной технической задачей, поскольку воздух находится в газообразном состоянии. Поэтому перед разделением воздуха на составные части, необходимо перевести его в жидкое состояние путем сжатия, расширения и охлаждения. Затем происходит разделение на составные части, используя разность температур кипения кислорода и азота.
При атмосферном давлении жидкий азот кипит при температуре -195,8 градусов Цельсия, а жидкий кислород – при -182,97 градусов Цельсия. Если жидкий воздух постепенно испарять, то сначала будет испаряться преимущественно азот, обладающий более низкой температурой кипения. По мере улетучивания азота жидкость будет обогащаться кислородом. Повторяя процесс испарения и конденсации многократно, можно достичь желаемой степени разделения воздуха на азот и кислород требуемых концентраций. Этот процесс называется ректификацией, а выполняется он в ректификационной колонне.
Способ глубокого охлаждения основан на охлаждении воздуха до очень низких температур. Именно поэтому данный метод получил свое название. Получение кислорода из воздуха глубоким охлаждением – наиболее экономично, что объясняет широкое применение данного метода в промышленности. Глубоким охлаждением и ректификацией воздуха можно получать практически любые количества дешевого кислорода и азота. Кроме того, криогенный метод дает возможность получать кислород, чистота которого достигает 99,7%.
«РусГазКрио» является одним из ведущих поставщиков криогенных установок для разделения воздуха всех видов. Мы производим оборудование различной производительности — до 110000м³ в час. Наши установки отвечают всем требованиям и стандартам, что позволяет клиентам использовать продукцию для решения различных технологических задач.
Установка разделения воздуха
Адсорбционный метод
Адсорбционный метод разделения воздуха является одним из наиболее распространенных методов для получения газовых смесей, особенно в случае необходимости продуктов с низкими концентрациями.
Процесс основан на поглощении компонентов воздуха за счет молекулярных сит с применением короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА или PSA). Установки КБА отличаются дешевизной, простотой монтажа, эксплуатации и обслуживания, компактностью, безопасностью, надежностью, автоматизацией технологического процесса, коротким периодом пуска и практически неограниченной продолжительностью рабочей кампании.
Адсорбционный метод экономичнее криогенного, что связано с меньшим давлением в цикле, но не позволяет получать чистый технический кислород и сжиженные газы.
Мембранный метод
Мембранные установки используются для разделения воздуха на компоненты с помощью сверхтонких полимерных мембран, скорость проникновения через которые различна для отдельных веществ. Процесс осуществляется за счет перепада парциальных давлений с разных сторон мембраны. Компоненты воздуха разделяются на трудно- и легкопроникающие газы. Установки, работающие по мембранному принципу, часто используются для производства азота и для переработки попутного нефтяного газа. Оборудование мембранных установок аналогично адсорбционным, но используются стандартные мембранные картриджи вместо адсорбционного блока.
Метод экономичен в использовании электроэнергии и эксплуатации. Кислород, получаемый этим методом, имеет чистоту до 45%.
Заключение
В итоге, исходя из представленных данных, можно сделать вывод о том, что криогенный метод разделения воздуха является самым эффективным. Этот метод обеспечивает высокую степень очистки и высококачественные разделенные компоненты, такие как технический кислород и сжиженные газы. Криогенные установки демонстрируют высокую производительность и эффективность, позволяя получать большие объемы разделенных компонентов в высокой концентрации. Несмотря на более высокую стоимость оборудования и сложные технологические процессы, криогенный метод оправдывает свою эффективность и находит широкое применение в различных отраслях промышленности и научных исследованиях.
