Адсорбционный генератор азота принцип работы

Генератор азота — Nitrogen generator

Генераторы и станции азота представляют собой стационарные или мобильные комплексы по производству азота из воздуха.

СОДЕРЖАНИЕ

Адсорбционная технология

Концепция адсорбции

Процесс адсорбционного разделения газов в генераторах азота основан на явлении фиксации различных компонентов газовой смеси твердым веществом, называемым адсорбентом . Это явление вызвано взаимодействием молекул газа и адсорбента.

Адсорбционная технология с переменным давлением

Технология получения азота из воздуха с использованием процессов адсорбции в генераторах азота хорошо изучена и широко применяется на промышленных предприятиях для получения азота высокой чистоты.

Принцип работы генератора азота, использующего адсорбционную технологию, основан на зависимости скорости адсорбции различных компонентов газовой смеси от факторов давления и температуры. Среди азотных адсорбционных установок различных типов, установки с переменным давлением (PSA) нашли самое широкое применение во всем мире.

Конструкция системы основана на регулировании адсорбции газа и регенерации адсорбента посредством изменения давления в двух сосудах адсорбент-адсорбент. Этот процесс требует постоянной температуры, близкой к температуре окружающей среды. В этом процессе азот производится установкой при давлении выше атмосферного, а регенерация адсорбента осуществляется при давлении ниже атмосферного.

Процесс качающейся адсорбции в каждом из двух адсорберов состоит из двух стадий, продолжающихся несколько минут. На стадии адсорбции кислород, молекулы H 2 O и CO 2 диффундируют в пористую структуру адсорбента, в то время как молекулы азота проходят через сосуд, содержащий адсорбер-адсорбент. На стадии регенерации адсорбированные компоненты высвобождаются из адсорбента, выброшенного в атмосферу. Затем процесс многократно повторяется.

Преимущества

  • Высокая чистота азота: азотные генераторы PSA позволяют производить азот высокой чистоты из воздуха, который мембранные системы не могут обеспечить — до 99,9995% азота. Но в большинстве случаев они производят не более 98,8% азота, а остальным является аргон, который не отделяется от азота с помощью обычного процесса PSA. Аргон обычно не представляет проблемы, поскольку аргон более инертен, чем азот. Такую чистоту азота можно обеспечить и с помощью криогенных систем, но они значительно сложнее и оправдываются только большими объемами потребления. Генераторы азота используют технологию CMS (углеродные молекулярные сита ) для непрерывной подачи азота сверхвысокой чистоты и доступны как с внутренними компрессорами, так и без них.
  • Низкие эксплуатационные расходы: при замене устаревших воздухоразделительных установок экономия производства азота превышает 50%. Себестоимость азота, производимого генераторами азота, значительно меньше стоимости бутилированного или сжиженного азота.
  • Воздействие на окружающую среду: производство газообразного азота — это устойчивый, экологически чистый и энергоэффективный подход к обеспечению чистого, чистого и сухого газообразного азота. По сравнению с энергией, необходимой для криогенной установки разделения воздуха, и энергией, необходимой для транспортировки жидкого азота от установки к объекту, генерируемый азот потребляет меньше энергии и создает гораздо меньше парниковых газов.

Мембранная техника

Концепция разделения газа

Работа мембранных систем основана на принципе дифференциальной скорости, с которой различные компоненты газовой смеси проникают в вещество мембраны. Движущей силой в процессе разделения газов является разница парциальных давлений на разных сторонах мембраны.

Мембранный картридж

Конструктивно мембрана из полых волокон представляет собой цилиндрический картридж, выполняющий роль катушки со специально намотанными полимерными волокнами. Газовый поток подается под давлением в пучок мембранных волокон. За счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхности мембраны осуществляется разделение газовых потоков.

Получение азота путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA)

Мы поставляем генераторы азота с новейшей технологией PSA – это метод короткоцикловой безнагревной адсорбации. Давайте разберемся, какие преимущества генераторы PSA обеспечивают по сравнению с мембранными генераторами.

Чем технология PSA лучше мембранных генераторов азота

  • Генераторы азота с технологией PSA — оборудование, использующее метод адсорбции при переменном давлении. Получаемый азот имеет очень высокую степень чистоты до 99,999%
  • Генераторы мембранного типа – степень очистки менее 99%.

Мембранные генераторы азота (грязные азот)

Генераторы азота PSA (сверхчистый азот)

Зачем нужен собственный генератор азота на предприятии:

Выработка промышленных газов на собственном предприятии позволяет контролировать объемы их производства и степень чистоты. Такая возможность полезна компаниям, производство которых нуждается в ежедневном использовании азота. Если получение газа осуществляется внутри предприятия, то отпадает необходимость в заправке и доставке баллонов, аренде газов у сторонних поставщиков, полностью исключает расходы, связанные с потерями от испарения при дозаправках. Другими словами, генератор азота – это постоянный источник инертного газа за небольшую долю годовых производственных затрат. Одним из экономных способов получить азот чистотой до 99,995% является метод короткоцикловой безнагревной адсорбции.

Что такое метод PSA — короткоцикловой безнагревной адсорбции?

Основным источником получения азота является атмосферный воздух, в котором данный инертный газ занимает около 75-78% всего объема. При выработке азота в промышленных целях важно понимать, какая степень чистоты инертного газа требуется для проведения технологических процессов.

Например, для тушения пожаров или закачки азота в шины на СТО используют азот низкого уровня чистоты – от 90 до 99%, тогда как в медицинских целях или в пищевой промышленности потребуется газ чистотой не менее 97%. В этом случае метод короткоцикловой безнагревной адсорбции – это самый приемлемый вариант получения инертного газа с высоким уровнем чистоты.

Схема получения азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции:

Схема работы генератора азота

Технология короткоцикловой безнагревной адсорбции основана на очистке и разделении газов за счет последовательного чередования этапов адсорбции и десорбции, в результате которых на выходе обеспечивается непрерывный поток продукционного газа. Основоположником метода стал американский ученый Чарльз Скарстром, который в 1960 году предложил схему процесса циклической осушки водорода от паров воды и запатентовал свое изобретение.

Рис. Схема работы генератора азота

Принцип работы генератора азота:

Фаза адсорбции (разделения)

При поступлении подготовленного воздуха в Адсорбер 1 молекулы кислорода (меньшие по размеру от молекул азота) с высокой скоростью улавливаются адсорбентами и задерживаются на углеродном молекулярном сите (CMS). Крупные молекулы азота не могут попасть в поры сита, поэтому проходят сквозь него и выводятся в специальный резервуар. В результате получается инертный газ высокой степени чистоты, который можно сразу использовать или хранить.

Фаза регенерации

В процессе адсорбции небольшой объем азота перемещается в Адсорбер 2 (направление: сверху – вниз), где происходит сброс давления. Поток поступающего воздуха вытесняет кислород, который попал в предыдущей фазе разделения, и выводит его вместе с выхлопными газами.

Иллюстрация рабочего процесса подготовки воздуха и генерации азота

Фазы адсорбции и регенерации происходят в двух разных резервуарах с молекулярными ситами, которые переключатся между фазами разделения воздуха и регенерации. В процессе работы в генераторе создается пространство для попадания новых молекул кислорода на сита уже на следующем этапе адсорбции. Данная технология называется «очисткой» для регенерации насыщенной кислородом колонны.

Рис. Иллюстрация рабочего процесса подготовки воздуха и генерации азота

Оборудование рабочего процесса:

  • Воздушный компрессор
  • Осушитель воздуха
  • Фильтры
  • Емкость для подготовленного воздуха
  • Адсорбционный генератор азота
  • Емкость для хранения азота

Чистота азота и требования к всасываемому воздуху

  1. Чистота и сухость Воздушная струя, поступающая в генератор азота, должна быть сухой и чистой. Обычный атмосферный воздух в большом количестве содержит частицы пыли, масел, влаги и микроорганизмы. Их попадание в систему негативно сказывается на качестве получаемого газа. Влага вызывает коррозию внутренних поверхностей, порчу мембранных сетей, а налипание грязи на стенках емкостей неизменно приводит к дополнительным расходам на устранение неисправностей.
  2. Температура и давление Чтобы фазы адсорбции и регенерации проходили без сбоев необходимо контролировать температуру воздушной струи на входе (диапазон +10С…+25С) при постоянном давлении в пределах 4-13 бар. Современные генераторы азота оснащены датчиками температуры, давления, точки росы под давлением. Установка таких моделей исключит попадание загрязненного воздуха в систему PSA и повреждение ее компонентов.
  3. Осушители и фильтры Перед попаданием в генератор азот должен пройти через осушитель и масляный фильтр с определенными параметрами, чтобы исключить наличие любых примесей в поступающем потоке. Последовательность установки технологического оборудования подготовки воздуха и выработки азота показана в Иллюстрации. Выбор моделей осушителей и фильтров осуществляется в соответствии с их производительностью и технических параметров генератора азота.
  4. Воздушный коэффициент Важным параметром генераторов азота является «воздушный коэффициент». Данная характеристика указывает на эффективность установки: чем ниже числовое значение коэффициента, тем качественнее азот получается на выходе.

1.3.2. Производство азота из воздуха

Для практического использования, будь то в лабораториях или на крупных промышленных предприятиях, азот получают тремя основными способами, все которые основаны на разложении атмосферного воздуха: 1) методом криогенного разложения воздуха, 2) с помощью короткоцикловой безнагревной адсорбции, и 3) методом мебранной диффузии.

Криогенное разложение воздуха

Криогенный способ воздухоразложения был изобретен германским ученым Карлом фон Линде более 100 лет назад (кстати отметим, что имя фон Линде и в наше время носит компания Linde Gas — один из крупнейших мировых подрядчиков по поставке газов промышленным предприятиям). Этот способ сводится к фракционной перегонке сжиженного атмосферного воздуха, и основан на различии в температурах кипения (испарения) его составных частей: азота, кислорода, аргона и других газов. Вратце, процесс заключается в следующем: вначале, атмосферный воздух сжимается до высокого давления. После сжатия, из сжатого воздуха удаляются твердые примеси, влага, а также двуокись углерода (углекислый газ CO2). Очищенный сжатый воздух подвергается обратному расширению, в результате чего охлаждается до степени сжижения составляющих его газов. После этого, полученная жидкость постепенно испаряется, и по мере испарения из нее пофракционно извлекаются азот (температура кипения -196°C), кислород (температура кипения -183°C), аргон и другие редкие газы.

Способ экономически оправдан только при значительной потребности в азоте. Обычно, криогенные азотные установки используются крупными предприятиями химической и металлургической промышленности: первые получают азот для дальнейшего его связывания с водородом процессом Хабера с получением аммиака NH3, который затем или используется в качестве удобрения непосредственно, или конвертируется в нитрат аммиака и также используется в качестве удобрения, или используется в качестве прекурсора при синтезе других химических соединений.

Для предприятий же металлургической промышленности азот вообще часто является отходом производства: при разложении воздуха, металлургические предприятия стремятся получить, в первую очередь, кислород, который требуется для плавки стали из железной руды — а азот обычно выпускается в атмосферу и частично продается.

Криогенные установки дороги как при покупке, так и затем в обслуживании, технически сложны, имеют значительные габариты (подходят обычно только для размещения на улице), но позволяют получать азот очень высокой чистоты (порядка 99,999% и даже выше) и в очень больших количествах.

Получение азота адсорбцией кислорода

Адсорбционный способ выделения азота из воздуха основан на различиях в размере молекул основных составных частей воздуха: азота и кислорода. Адсорбционная установка по получению азота состоит из емкостей-адсорберов (обычно парных, иногда имеющихся в большем четном количестве), заполненных адсорбентом — углеродными молекулярными ситами, или сокращенно CMS, от английского "Carbon Molecular Sieve". Эти молекулярные сита выглядят обычно как зерна или продолговатые цилиндрики черного цвета, диаметром 1. 3 миллиметра:

Углеродные молекулярные сита

Углеродные молекулярные сита

CMS, используемые в адсорбционных установках для получения азота, имеют значительный объем пор, причем поры эти имеют входной размер порядка 3 ангстрем (=0,3 нм). Молекулы кислорода, имеющие кинетический диаметр примерно 2,9 Å, проникают в поры и задерживаются ими; молекулы азота с кинетическим диаметром 3,1 Å беспрепятственно проходят через слой адсорбента. Конечно, на практике, часть молекул кислорода проходит через адсорбент, не задерживаясь в нем; наоборот, часть молекул азота попадает в поры большего, чем расчетный 3,0 Å, размера и задерживается в них. Тем не менее, на выходе адсорбера получается газовая смесь, более или менее обогащенная азотом (отметим, что попутно CMS частично извлекают из сжатого воздуха и содержащуюся в нем парообразную влагу — и хотя для обеспечения более долгого срока службы молекулярных сит желательно подавать на вход адсорбционного генератора азота уже осушенный сжатый воздух, произведенный азот будет также и дополнительно осушен).

Так как адсорбент, углеродные молекулярные сита, имеет ограниченную емкость пор и, соответственно, ограниченную удерживающую способность, довольно быстро (в практических реализациях адсорбционных азотных генераторов, через 40. 200 секунд) наступает необходимость провести его регенерацию, то есть восстановить его удерживающую способность. Для этого, давление в адсорбере резко сбрасывается в атмосферу, что вызывает выход ранее задержанных молекул кислорода из пор CMS. Для более полного восстановления CMS, после сброса давления в адсорбер подается часть вырабатываемого в это время в другом адсорбере азота, который продувается через подлежащий регенерации адсорбер под давлением чуть выше атмосферного, «вымывая» из его пор все еще остающиеся в нем после сброса давления молекулы кислорода. Полученная газовая смесь, представляющая собой воздух с несколько повышенным содержанием кислорода, выбрасывается в атмосферу. После завершения регенерации, азот в течение еще некоторого времени продолжает поступать в адсорбер, но уже при закрытом сбросном клапане, в результате чего давление в адсорбере поднимается до уровня, присутствующего в системе. (Как вариант, например, показанный на схеме выше, конструкция установки может предусматривать проведение регенерации и последующего выравнивания давления не подачей азота непосредственно из одного адсорбера в другой, а из промежуточного азотного накопителя, для чего в конструкцию азотного генератора вводятся дополнительные клапаны).

Адсорберы в адсорбционной установке периодически (в соответствии с расчетной частотой регенерации) меняются ролями: рабочий адсорбер переходит в режим регенерации, а прошедший регенерацию становится рабочим. Адсорбционный метод получения азота также называют методом короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦБА): короткоцикловой — из-за частой смены ролей адсорберов, безнагревной — так как регенерация CMS проводится без какого-либо нагрева продуваемого через них азота.

Схема устройства азотной установки, работающей по принципу КЦБА

Адсорбционные генераторы азота относительно недороги как в плане капитальных вложений, так и в обслуживании, компактны, просты конструктивно и в обслуживании. Адсорбционные установки способны вырабатывать азот в небольших и средних количествах, и также, как и криогенные линии, позволяют при необходимости получать азот высокой чистоты — до 99,999% и выше. Однако, в отличие от криогенных установок, на которых получение азота низкой чистоты никогда не рентабельно, с помощью адсорбционных генераторов азота можно, если не нужна самая высокая чистота, получать и азот пониженной чистоты — 99,99%. 99,9%. 99% и так далее вплоть да «грязного» азота с чистотой 95% — при этом, азотная установка адсорбционного типа, отрегулированная на производство азота меньшей чистоты, будет иметь бóльшую производительность, чем та же установка, но отрегулированная на выработку более высокоочищенного газа; соответственно меняются и значения потребления установкой сжатого воздуха. Широкий диапазон производительности и возможной чистоты получаемого азота определяет и разнообразие применений адсорбционных генераторов азота — лабораторные модели встречаются в научных учреждениях и в лабораториях предприятий, а большие агрегаты снабжают азотом крупные производства пищевой, электронной, нефтедобывающей, маслоэкстракционной и других отраслей промышленности.

Получение азота способом мембранного разделения воздуха

Все основные и реально могущие быть использованы для практических целей способы получения азота основаны на разложении атмосферного воздуха. Выше мы кратко описали принцип работы адсорбционных установок по получению азота. Кроме них, существуют мембранные установки, в основе которых стоят т.н. мембранные модули воздухоразделения, представляющие собой емкости, обычно цилиндрической формы, внутри которых параллельно размещено множество волокон-«макаронин» из специальных полимерных материалов — полиимида, полисульфона, полифенилоксида. Сжатый воздух подается на вход мембранного модуля, откуда равномерно распределяется между всеми отдельными волокнами, поступая на их внутреннюю сторону. Стенки волокон представляют собой мембраны с ассиметричным расположением пор, через которые преференциально, то есть быстрее и легче всего, на внешнюю сторону волокон диффудируют молекулы воды H2O, водорода H2 и гелия He. Со средней скоростью через стенки проникают молекулы кислорода, а также углекислого газа CO2. Наоборот, преимущественно на внутренней стороне мембран остаются, из обычно содержащихся в воздухе веществ, молекулы азота, а также аргона и угарного газа CO. Как и в случае с адсорбционными азотными установками, в процессе производства азота мембранным способом он также доосушается.

Мембраны чрезвычайно чувствительны к наличию загрязнений, особенно к попаданию на них компрессорного масла. Мембранные модули большинства (но не всех) производителей нуждаются также, для эффективной работы, в специальном подогревании поступающего на их вход сжатого воздуха. Тем не менее, мембранные установки для получения азота, в целом, обычно все же несколько проще по конструкции, чем работающие по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции: например, КЦБА-установке требуется как минимум 2 впускных клапана (обычно, с электромагнитным приводом) для запуска сжатого воздуха в один или другой адсорбер, 2 аналогичных клапана для сброса давления из тех же адсорберов и, когда это предусмотрено конструкцией, еще 2 или более клапанов для перепускания азота из промежуточного накопителя обратно в адсорберы для проведения их регенерационной продувки и последующего выравнивания давления. Все эти клапаны у мембранного генератора азота отсутствуют.

Вход волокон в азотной мембране

Входы в волокна мембраны для выделения азота

К сожалению, сам принцип устройства мембранных установок для производства азота и сами свойства существующих в наше время материалов изготовления мембран не позволяют получение азота высокой чистоты. На практике, существующие промышленно изготавливаемые мембранные азотные генераторы ограничены «потолком» примерно в 99,5%.

Генератор азота

Генератор представляет из себя устройство, которое продуцирует азот. Исходным сырьем для этого аппарата является окружающий нас воздух. Как известно, воздух представляет из себя смесь газов и состоит, в основном, из двух компонентов – азота и кислорода в соотношении, примерно, четыре к одному. Азотный генератор решает задачу разделения воздуха на эти компоненты. Сразу заметим, что в этом промышленном оборудовании не происходит полного разделения воздуха. Установка позволяет получать с одной стороны чистый газ с концентрацией до 99,9999%, а с другой стороны воздух, обогащенный кислородом до содержания от 25 до 35%.

Каков же принцип работы генератора азота и каков состав его комплектующих? Основные составляющие генератора – это две колонны цилиндрического типа, заполненные специальным адсорбентом, который часто называют углеродным молекулярным ситом. Такое название этот материал получил потому, что он состоит из микропористого вещества, причем входы в микропоры вещества сравнимы по размерам с диаметрами молекул O2 и N2. Но так как диаметр молекулы азота превосходит по величине диаметр молекулы кислорода, то скорость проникновения первой в поры значительно меньше аналогичного значения для молекулы кислорода. На этом принципе и построена технологическая схема.

Итак, процесс получения азота в промышленном генераторе состоит из следующих стадий. На первой стадии в первой колонне происходит повышение давления воздуха от атмосферного до рабочего (рабочее давление может составлять величину от 5 до 10 бар). При этом азот, как хуже сорбирующийся газ, вытесняется в замыкающие слои адсорбента. Во второй колонне на первой стадии происходит сброс давления до атмосферного. Сбросной газ (пермеат) обогащен кислородом, так как кислороду легче, чем азоту, выходить из пор (десорбироваться). На второй стадии первая колонна продувается воздухом. Воздух выдувает из колонны N2, сконцентрированный в замыкающих слоях молекулярного сита на предыдущей стадии. Этот азот направляется потребителю. Во второй колонне в это время продолжается десорбция газов. Причем для облегчения десорбции эта колонна продувается противотоком, получаемым на выходе первой колонны.

Далее колонны меняют свое предназначение. В первой колонне сбрасывается давление, и она продувается частью чистого азота, а во второй колонне давление повышается до рабочего, и она продуцирует чистый газ.

Компания Провита выпускает адсорбционные газовые генераторы азота с 2001-ого года и за это время добилась высокого качества и отличных технических характеристик этих полезных для промышленности устройств.

Использование концентраторов кислорода в медучреждениях, в частности в реанимационных отделениях, давно доказало свою эффективность по сравнению с применением кислорода из баллонов со сжатым газом.

Специалисты ООО «Провита» осуществляют гарантийное и послегарантийное обслуживание всех типов приобретенного у нашей компании оборудования. В частности, услуги по техническому обслуживанию и ремонту кислородных станций.

Азотная установка «Провита N700U» вырабатывает азот особой чистоты 1-го сорта (ГОСТ 9293-74) и полностью обеспечивает нашу потребность в азоте. Применение адсорбционной воздухоразделительной установки «Провита N700U» позволило нам отказаться от закупки азота в баллонах у монополиста и начать бесперебойное снабжение производства азотом марки ОСЧ-1, что привело в конечном итоге к снижению затрат. В случае дополнительной потребности в газообразном азоте мы вновь обратимся к нашему надежному поставщику — компании «Провита».

Считаем, что компания «Провита» является надежным отечественным производителем медицинских концентраторов кислорода.
Выражаем нашу благодарность компании «Провита» за хорошее, надежное оборудование и желаем больших творческих успехов в год 25-летия компании.

Установка «Провита N750» надежна в эксплуатации, проста в обслуживании и достаточно энергоэффективна. За время эксплуатации установки замечаний по качеству и количеству получаемого азота нет.

Использование адсорбционной азотной установки «Провита-N750» на нашей нефтебазе является одним из основных звеньев обеспечения безопасности технологического процесса при перевалке нефтепродуктов и проведении ремонтно-профилактических работ.

За время эксплуатации, при соблюдении всех технических предписаний и руководства по эксплуатации, установка проработала надежно, без сбоев и качественно, потребовала минимальных затрат на эксплуатацию.

Установка «Провита-N150» надежна и удобна в эксплуатации. За прошедший период не было замечаний к качеству производимого азота и работе оборудования.

Компания «Провита» — наш давний и надежный партнер. Проектируя новые производства, мы уверенно закладываем в проекты продукцию компании «Провита».

С момента запуска и в настоящее время генератор азота работает стабильно, регулярно проходит плановые технические обслуживания. За всю работу установки проблем связанных с эксплуатацией и надежностью работы не было. Использование данного оборудования в нашем центре позволило существенно сократить потери времени связанные с заменой баллонов.
Мы рассчитываем на долговременное сотрудничество с ООО «Провита».

Получение азота. Генератор азота, азотная установка адсорбционного типа

Получение азота. Изготовление, сборка, тестирование и испытание генераторов азота (азотных установок) адсорбционного типа
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию различные генераторы азота, азотные установки.

Общее описание и способы получения азота

Одним из самых известных, распространённых на нашей планете элементов является азот. Его содержание в атмосфере составляет более 78%. Это вещество может быть в связанном состоянии как органическим, так и неорганическим. Соединения азота важны для использования в сельском хозяйстве и промышленности. Каким способом следует получать азот, обусловлено необходимой чистотой данного элемента.

В промышленности получают азот следующими способами:

  • фракционная дистилляция жидкого воздуха — способ, основанный на разных температурах кипения для кислорода и для азота;
  • реакция (химическая) воздуха с раскаленным каменным углем;
  • газоразделение адсорбционным методом.

Фракционная дистилляция считается одним из самых экономичных методов получения молекулярного азота и представляет собой способ последовательного сжижения очищенного воздуха посредством охлаждения и расширения. Получив жидкий воздух, его перегоняют через фракции, поднимая медленно температуру. В результате этого сначала происходит выделение благородных сортов газов, а затем и азота. Однако температура кипения у азота -195,8 °C, немного ниже температуры другой составляющей воздуха, кислорода (-182,9°C). Так что, если осторожно нагревать жидкий воздух, то азот будет испаряться сначала. Азот в газообразном состоянии идёт потребителю в сжатом виде (15 МПа), им заполняют черные баллоны с желтой надписью «азот». Остается лишь кислород в жидком виде.

Такой способ получения азота обеспечивает ежегодное производство многих миллионов тонн азота. Далее азот идёт на последующую переработку для производства аммиака, роль которого в качестве сырья состоит в получении сельскохозяйственных и промышленных соединений, содержащих азот. Чистая азотная атмосфера может быть использована также в случае необходимости полного отсутствия кислорода.

Посредством дистилляции фракций есть возможность получить и «атмосферный азот».

Для получения этого вещества в промышленности широкое применение находят азотные установки, так называемые азотогенераторы, в которых используются различные методы газоразделения. Благодаря наличию новых современных технологий концентрация выпускаемого азота может достигать 10 ppm (99.999%).

Азот газообразной и жидкой фракций получают в процессе разделения воздуха атмосферного. Более 78 % по массе — довольно высокое содержание этого газа в атмосфере. Это гарантирует данному варианту получения азота экономичность, удобство выполнения, эффективность. Для получения азота используются специальные агрегаты, работающие на принципе мембранного, криогенного или адсорбционного разделения смеси воздуха. Основанные на принципе адсорбционного и мембранного разделения воздуха установки более просты в эксплуатации и являются довольно дешевыми. Принцип их действия основан на поглощении кислорода из атмосферного воздуха и поглощении других газовых примесей. Оборудование же криогенного принципа действия более сложно, требует высококвалифицированного обращения, однако применяется для получения жидкого азота. Конкретное решение и выбор метода получения азота зависит от области использования газа.

Лабораторные условия предполагают получение азота несколькими способами.

1) Самый известный способ его получения это реакция, основанная на разложении нитрита аммония:

Эта реакция протекает экзотермически, в ходе её протекания выделяется 80 ккал и требуется охлаждение ёмкости (сосуда). Однако в начале реакции нитрит аммония необходимо нагреть. При дальнейшем протекании реакции в насыщенный и нагретый раствор сульфата аммония по каплям добавляют раствор нитрита натрия, тоже насыщенный. Происходит реакция обмена, в ходе которой моментально разлагается нитрит аммония. Полученный при этом газ загрязнён оксидом азота, аммиаком и кислородом. От этих примесей он очищается при последовательном пропускании его через растворы сульфата железа, серной кислоты, а также его пропускают над раскалённой медью. Очищенный азот затем осушают.

2) Также можно получить азот лабораторным способом, который состоит в нагревании смеси в пропорции 1:2 по массе, состоящей, соответственно, из сульфата аммония и дихромата калия. Следующие уравнения отображают ход реакции:

3) При помощи разложения азидов металлов можно получить самый чистый азот:

4) Смесь благородных газов с азотом под названием «азот атмосферный» или «воздушный» можно получить путём реакции раскалённого кокса с воздухом:

Получается при этом, как его ещё называют, газ «генераторный» или «воздушный». Это, в принципе, сырьё, применяемое в качестве топлива или для химических синтезов. При поглощении монооксида углерода из этого сырья можно, при необходимости, выделить азот.

5) Следующий лабораторный способ, применяемый для получения азота, состоит в том, что аммиак пропуска над оксидом меди. Делается это при температуре около 700 °C:

Его (аммиак) берут из насыщенного нагреваемого аммиачного раствора. Количество окиси меди должно быть больше расчётного в 2 раза. Делается это непосредственно перед использованием: очищение азота от примесей аммиака и кислорода происходит при пропускании его над медью и оксидом меди (как мы упоминали выше при описании процесса разложения нитрита аммония), а затем его высушивают сухой щёлочью и при помощи серной кислоты (концентрированной). Это весьма медленный процесс, однако, он себя оправдывает: получаемый газ обладает достаточно хорошими показателями по чистоте.

6) А вот чистый азот или «химический» получают в лабораториях при добавлении хлорида аммония NH4Cl (при нагревании и насыщенного раствора) к нитриту натрия NaNO2 (твёрдому):

В зависимости от оснащённости лабораторий оборудованием, в лабораториях можно получать азот посредством его выделения из других веществ в ходе определённых химических реакций или при разложении или распаде последних, например:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: