Metode proizvodnje industrijskih plinova

I. Metoda odvajanja zraka
1. Metoda kriogene destilacije
- Ovo je jedna od najčešće korišćenih metoda za proizvodnju industrijskih gasova. Zasnovan je na razlici u tačkama ključanja različitih komponenti gasa u vazduhu. Najprije se zrak komprimira, hladi i pročišćava kako bi se uklonile nečistoće kao što su voda, ugljični dioksid itd. Na primjer, ugljični dioksid i voda se adsorbiraju pomoću molekularnih sita, a zatim se zrak hladi do gotovo tekućeg stanja. Na niskim temperaturama počinju da se odvajaju različiti gasovi, kao što je azot, koji ključa na -195.8 stepeni, i kiseonik, koji ključa na -183 stepeni. Kroz destilacioni toranj, lakši azot se obogaćuje na vrhu tornja, a teži kiseonik se obogaćuje na dnu tornja. Ova metoda može proizvesti plinove visoke čistoće kao što su kisik, dušik i argon u velikim razmjerima. Ova tehnologija se naširoko koristi u mnogim industrijskim poljima, kao što su čelik, hemijska i druge industrije, kako bi im se obezbijedili potrebni industrijski plinovi.
2. Metoda membranskog odvajanja
- Metoda membranske separacije koristi razliku u propusnosti specijalnih polimernih membrana na različite plinove za razdvajanje plinova. Kada zrak prolazi kroz membranski modul pod određenim pritiskom, različiti plinovi prolaze kroz membranu različitim brzinama. Na primjer, kisik prodire kroz membranu brže od dušika. Ova metoda ima prednosti jednostavnog rada i kompaktne opreme. Međutim, čistoća proizvedenog plina je relativno niska i obično se koristi na mjestima gdje zahtjevi za čistoćom plina nisu posebno visoki, kao što je mala industrijska proizvodnja ili neki pomoćni procesi. U industriji ambalaže za hranu, dušik proizveden membranskom separacijom može se koristiti za očuvanje hrane i sprječavanje oksidacije i kvarenja hrane.

2. Metoda hemijske sinteze
1. Sinteza vodonika
- U industriji postoji mnogo metoda hemijske sinteze za proizvodnju vodonika. Među njima, reakcija pomaka voda-gas je uobičajena metoda. Koristeći ugalj ili prirodni plin kao sirovine, ugljični monoksid i vodonik prvo reagiraju da bi se generirali (kao što je reakcija parnog reformisanja prirodnog plina: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H _2\)), a zatim se reakcija pomaka voda-gas \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) koristi za dalje povećanje vodonika proizvodnja. Vodik ima široku primjenu u oblasti petrokemije, elektronike, itd. Na primjer, u procesu prerade nafte, vodik se koristi za reakcije rafiniranja hidrogenizacije za uklanjanje nečistoća u naftnim derivatima.
2. Sinteza amonijaka
- Amonijak se sintetiše Haber-Bosch postupkom. Azot i vodonik reaguju pod visokom temperaturom (oko 400-500 stepen), visokim pritiskom (150-300 atmosfera) i katalizatorom (obično željeznim katalizatorom) za proizvodnju amonijaka. Jednačina reakcije je \(N_2+3H_2⇌2NH_3\). Amonijak se uglavnom koristi u proizvodnji đubriva i važna je sirovina za azotna đubriva. Osim toga, amonijak također ima mnoge primjene u kemijskoj i farmaceutskoj industriji, kao što je proizvodnja kemijskih proizvoda kao što je dušična kiselina

III. Elektroliza
1. Elektroliza vode za proizvodnju vodika i kisika
- Elektroliza vode je razlaganje vode na vodonik i kiseonik pod dejstvom jednosmerne struje. U elektrolitičkoj ćeliji voda se koristi kao elektrolit, a elektrode su obično napravljene od plemenitih metala (kao što je platina) ili grafita. Jednačina reakcije je \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\). Vodik proizveden ovom metodom je visoke čistoće i dostiže više od 99,9%. Iako je trošak proizvodnje vodika elektrolizom vode relativno visok, on igra nezamjenjivu ulogu u nekim posebnim područjima primjene koja zahtijevaju izuzetno visoku čistoću vodika, kao što su elektronska industrija, gorivne ćelije, itd. Istovremeno, kisik koji proizvodi elektroliza se također može koristiti u nekim posebnim industrijskim procesima ili u medicinske svrhe.