Что такое азот? Самые выгодные способы получения газа.

Сжатый воздух состоит из азота (78%), кислорода (21%), аргона (0,9%), углекислого газа (<0,1%) и прочих газов (<0,1%). Азот – основной компонент воздуха, не имеющий вкуса, цвета и запаха.

Из-за своей инертности применяется в самых разных отраслях промышленности, от пищевой и фармацевтической до нефтегазовой и других сфер, например, для обработки металлов. Основное назначение – создание бескислородной среды. Чистота азота всегда определяется применением, в котором используется газ. Для каждого продукта существует свой порог концентрации кислорода, при которой отсутствует реакция окисления. К примеру, в инертном газе для упаковки продуктов питания допускается содержание кислорода от 5000ppm (частей на миллион) и ниже. Чистота азота при такой концентрации О2 составляет 99,5%. Такое содержание кислорода позволяет избежать процесса окисления и увеличить срок годности продукта. Есть и другие применения, где нужна более высокая чистота газа. Лазерная резка – распространенная отрасль промышленности. Срез обдувается потоком азота высокой чистоты, для того чтобы избежать окисления и получить качественный продукт, не требующий дальнейшей обработки. Допускается содержание кислорода от 1000ppm до 100ppm (99,9%-99,99%), в зависимости от типа металла.

Основной метод получения азота – разделение воздуха на составные части. Разделение воздуха происходит различными способами, вот самые распространённые из них:

1. Криогенный процесс

Именно с помощью этого способа большинство потребителей газа получают азот в жидком виде или в баллонах на свои предприятия.

Сжатый воздух, предварительно очищенный и осушенный охлаждается до низких температур (-175°C). Далее происходит разделение газов на составляющие. С помощью разницы температур кипения происходит сжижение и извлечение одних газов, в то время как другие находятся в газообразном состоянии. Таким способом получают азот, аргон и кислород. Жидкий азот перекачивается в специальные резервуары для дальнейшего использования. Чистота такого азота может достигать 99,9995% (5ppm). Резервуары служат заправочной станцией для сосудов Дьюара или крио-цистерны, которые развозят азот по промышленным предприятиям. Для закачки азота в баллоны повышается давление N2 с помощью криогенного насоса. Далее жидкость проходит через испаритель и переходит в газообразное состояние. В таком виде и происходит закачка в баллоны.

Стоимость газа напрямую зависит от того, какой путь проходит азот с момента его отделения от воздуха до того, как попадёт к потребителю. Преимущество – относительно низкая стоимость при больших расходах азота (от 1000 м3/ч). Недостатком является высокая стоимость для конечного потребителя, когда расход газа менее 1000м3/ч.

2.Мембранное разделение воздуха

За счет пропускания сжатого воздуха через связку полимерных волокон воздушный поток будет разделяться на азот и поток обогащенного кислорода. Воздух проходит через полые волокна, и различные компоненты диффундируют через волоконную перегородку в зависимости от скорости проникновения. Так как азот обладает более низкой скоростью проникновения, поток сжатого азота, обогащенного кислородом, будет выходить в конце полого волокна. Воздух, обогащенный кислородом и разделенный мембраной, собирается снаружи полых волокон и выпускается при атмосферном давлении. Преимущества: Стоимость получения азота ниже, чем покупка газа в баллонах или в жидком виде, практически необслуживаемая мембрана, производство азота 24/7. Недостатки: низкая чистота газа (до 99,9%) – подходит не для всех применений, стоимость получения азота выше, чем с помощью адсорбции.

3.Метод получения азота путем короткоцикловой адсорбции

Самый распространённый метод производства газа на месте потребления. Разделение газов происходит при переменном давлении, когда сжатый воздух проходит через резервуар с адсорбентом. Во время фазы адсорбции сжатый воздух проходит через сито, где молекулы кислорода задерживаются, а молекулы азота свободно проходят благодаря разнице в молекулярном размере. Сито продолжает адсорбировать кислород, пока не будет достигнут предел насыщения. Во время очистки адсорбента подача воздуха прекращается, давление снижается, и кислород может покинуть резервуар. Преимущества: самая низкая стоимость получения азота, широкий диапазон чистоты (95%-99,999%) и непрерывная подача газа в любое время. Из сложностей: требуется правильно рассчитать расход газа потребителем и подобрать соответствующее оборудование. А в этом вам помогут специалисты компании Атлас Копко.