Все способы получения азота в промышленности основаны на разделении атмосферного воздуха, который является самым доступным сырьем и содержит около 75% целевого продукта. Другие методы отличаются высокими удельными затратами и используются преимущественно в исследовательских лабораториях. В промышленности азот получают как для собственных нужд, так и для продажи. С воздухоразделительных установок готовый газ поступает непосредственно к потребителям или закачивается в баллоны для хранения и транспортировки.

Производство азота в промышленности ведется по трем технологиям:

• криогенной;
• мембранной;
• адсорбционной.

Мы предлагаем 5 видов оборудования

Криогенное производство

Способ заключается в пофракционном испарении сжиженного воздуха и основан на разнице температур кипения его компонентов. Процесс протекает несколько этапов:

• Воздух сжимается в компрессорной установке с одновременным отбором тепла , выделяющегося при компримировании.
• Перед тем как получить азот, из сжиженного воздуха удаляют воду и углекислоту , которые становятся твердыми и выпадают в осадок.
• После снижения давления смесь начинает кипеть , а ее температура падает до -196 °C. Происходит последовательное испарение азота, кислорода и благородных газов.

Криогенное получение азота в промышленности оправдано при значительном расходе, а также при высоких требованиях к его составу. Чистота конечного продукта достигает 99,9999%. Энергоемкое и габаритное оборудование отличается высокой сложностью, требует профессиональной подготовки обслуживающего и технологического персонала.

Мембранное отделение азота

Технический азот в жидком и газообразном состоянии получают из атмосферного воздуха. Вещество является достаточно распространенным химическим элементом. Атмосфера Земли на 75% состоит из азота, однако в чистом виде для дыхания он непригоден. Тем не менее в организме человека протекают сотни процессов, на скорость и качество которых влияет это вещество. Например, азот входит в состав гемоглобина, аминокислот и белков. К тому же он содержится в клетках растений и животных.

В молекуле газа находятся два атома, соединенных очень прочно. Чтобы азот вошел в состав химического соединения, эту связь необходимо разорвать либо ослабить, а это достаточно трудно. Значительно проще происходит обратный процесс выхода азота из различных соединений. Реакция горения всегда протекает с образованием свободного газа.

Богатый источник азота – чилийская селитра (нитрит натрия). В начале XIX века из нее получали удобрения и порох. Со временем запасы полезного ископаемого уменьшались, а потребности в нитратах только увеличивались. В начале XX века был получен азот из атмосферного воздуха и связан в аммиак. Для этого пришлось применить высокую температуру, давление и ввести в реакцию катализаторы. С тех пор вопрос о получении азота получил новое решение, так как атмосфера является его неисчерпаемым источником.

Благодаря инертным и другим свойствам этот газ нашел применение в:

• разработке угольных пластов;
• бурении скважин;
• упаковке продуктов;
• пожаротушении;
• высокотемпературной обработке металлов и т. д.



Физические характеристики вещества

В нормальных условиях (при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. и температуре 0°С) вещество представляет собой газ без запаха и цвета, который плохо растворяется в воде. Он не вступает в реакции с другими элементами за исключением лития. При нагревании азот приобретает способность к диссоциации на атомы и создает различные химические соединения. Наиболее востребована его реакция с водородом, в результате которой получается аммиак, используемый для изготовления удобрений, хладагента, синтетических волокон и пр. Газообразный азот пожаро- и взрывобезопасен, к тому же он препятствует гниению и окислению. Вещество нетоксично, поэтому не оказывает опасного влияния на окружающую среду. Но при длительном вдыхании вызывает кислородную недостаточность и удушье.

При охлаждении до -195,8°С азот превращается в жидкость, напоминающую по внешнему виду обычную воду. Температура кипения данного вещества несколько ниже, чем у кислорода. Поэтому при нагревании жидкого воздуха азот начинает испаряться первым. Данное свойство лежит в основе современного принципа производства химического продукта. Многократное повторение сжижения и вскипания дает возможность получить азот и кислород в нужной концентрации. Данный процесс получил название ректификации.

Если азот в жидком состоянии, объем которого составляет 1 литр, нагревать до +20°С, он будет испаряться и образует 700 литров газа. Поэтому вещество хранят в специальных емкостях открытого типа с вакуумной изоляцией либо в криогенных сосудах под давлением.

Последующее охлаждение азота до -209,86°С переводит его в твердое агрегатное состояние. Получаются большие белоснежные кристаллы. При последующем контакте с воздухом снегоподобная масса поглощает кислород и плавится.



Промышленное производство

В настоящее время в основном используют три технологии для получения инертного азота, основанные на разделении атмосферного воздуха:

• криогенная;
• мембранная;
• адсорбционная.

Разделяющие криогенные установки функционируют по принципу сжижения воздуха. Сначала он сжимается компрессором, затем проходит через теплообменники и расширяется в детандере. В результате охлажденный воздух становится жидкостью. За счет разной температуры кипения кислорода и азота происходит их разделение. Процесс многократно повторяется на специальных ректификационных тарелках. Завершается он получением чистейшего кислорода, аргона и азота. Данный способ наиболее эффективен для крупных предприятий по причине значительных габаритов системы, сложности ее пуска и обслуживания. Достоинство метода состоит в том, что можно получить азот наивысшей чистоты, как жидкий, так и газообразный, в любых количествах. При этом расход энергии на изготовление 1 л вещества составляет 0,4-1,6 кВт/ч (в зависимости от технологической схемы установки).

Мембранная технология разделения газов начала применяться в 70-х годах прошлого века. Высокая экономичность и эффективность данного метода послужила достойной альтернативой криогенному и адсорбционному способам получения чистого азота. Сегодня в установках используются мембраны последнего поколения высокой производительности. Теперь это не пленка, а тысячи полых волокон, на которые нанесен селективный слой. Подвижные составляющие в установке отсутствуют, поэтому значительно увеличивается продолжительность ее эксплуатации без поломок. Отфильтрованный воздух подается в систему. Кислород беспрепятственно проходит сквозь нее, а азот выводится под давлением через противоположную сторону мембраны и направляется в накопитель. С помощью данных установок изготавливается вещество с чистотой до 99,95%. Таким образом осуществляется производство азота из атмосферного воздуха. Ограниченная чистота получаемого азота не позволяет применять данный метод крупным изготовителям с большими потребностями высокочистого азота.

На тех предприятиях, где востребован азот высокой чистоты в больших объемах, применяется установка для разделения газовых смесей при помощи адсорбентов. Конструктивно она представляет собой две колонны. В каждой из них находится вещество, селективно поглощающее газовую смесь. Для функционирования установок по производству азота требуется атмосферный воздух, электроэнергия.

Изначально воздух попадает в компрессор, где происходит его сжатие. Затем он подается в ресивер, который выравнивает его давление. Так как воздух не должен содержать водяных паров, пыли, двуокиси углерода, окислов азота, ацетилена, а также других примесей, его фильтруют. Наступает основной этап адсорбционного разделения газовой смеси. Поток воздуха пропускается через одну колонну с углеродными молекулярными ситами до тех пор, пока они способны поглощать кислород. После этого поверхность адсорбента необходимо очистить, то есть регенерировать, путем сброса давления или повышением температуры. А воздух направляется во вторую колонну. В это время азот проходит сквозь агрегат и накапливается в ресивере. Продолжительность циклов адсорбции и регенерации составляет всего несколько минут. Чистота получаемого по данной технологии азота составляет 99,9995%.

Преимущества адсорбционных установок:

• быстрый пуск и остановка;
• возможность дистанционного управления;
• высокая разделительная способность;
• низкое энергопотребление;
• возможность оперативной переналадки;
• автоматическое регулирование режима;
• низкие затраты на обслуживание.

Области применения газа

Сегодня данный продукт востребован во многих отраслях промышленности: газовой, пищевой, металлургической. Однако крупные масштабы добычи азота актуальны именно для нефтехимической индустрии. Основная область применения – изготовление одноименной кислоты и других удобрений для сельского хозяйства. В технике азот используют для охлаждения различного оборудования и агрегатов. Он создает инертную среду при перекачивании горючих жидкостей.

В фармацевтике азот применяют для транспортировки химического сырья, защиты резервуаров и упаковки лекарственных средств. В электронике он предотвращает окисление в процессе производства полупроводников.

В пищевой промышленности азот в жидком состоянии используется как охлаждающий и замораживающий элемент. В газообразном виде его применяют в целях создания инертной среды при розливе негазированных напитков и масел, а также производят пропеллент для баллончиков.

Наиболее эффективный способ тушения пожаров – азотное пожаротушение. Испаряясь, вещество быстро вытесняет кислород, который требуется для поддержания горения, и огонь затухает. Затем азот быстро выветривается из помещения, при этом сберегаются материальные ценности, которые могли быть повреждены пеной, порошком или водой.

В медицине при помощи криогенной консервации сохраняют клетки и органы. Кроме того, жидким азотом разрушают пораженные участки тканей.



Хранение и соблюдение техники безопасности

Автотранспортом азот в жидком состоянии перевозят в специальных криогенных сосудах или цистернах. Потребителям доставляют газообразное вещество в сжатом виде в черных баллонах. Хранят азот в сосудах Дьюара, имеющих двойные стенки, между которыми находится вакуум. В целях уменьшения передачи тепла поверхности делают зеркальными за счет слоя серебра. Сосуды Дьюара могут быть разного объема. Емкости, вмещающие десятки литров, изготавливают из металла. В таком сосуде вещество может храниться несколько недель.

Кратковременный контакт кожи с жидким азотом не представляет серьезной опасности, так как в месте соприкосновения образуется воздушная подушка, обладающая низкой теплопроводностью. Именно она защищает ткани от травмирования. Длительный контакт азота с кожей, глазами или слизистыми оболочками вызывает их тяжелое повреждение. Пораженный участок при попадании вещества необходимо незамедлительно промыть большим количеством воды.

При испарении азота происходит его накопление на уровне пола рабочего помещения из-за низкой температуры и большей плотности, чем у воздуха. Незаметно для человека создается высокая концентрация вещества, а количество кислорода уменьшается. Это влияет на общее самочувствие: нарушается ритм дыхания и учащается пульс. При тяжелом исходе ситуации расстраивается сознание и теряется способность двигаться. Опасность состоит в том, что отравление происходит незаметно для человека, пострадавший не осознает серьезности ситуации. Поэтому помещения, в которых производится или используется азот, обязательно оснащаются надежной системой вентиляции.

Современные воздухоразделительные установки

Компания «Современные газовые технологии» предлагает отказаться от приобретения данного вещества, организовав его самостоятельное изготовление. В таком случае себестоимость полученного азота в 10-20 раз меньше покупного. Если вашему предприятию потребуется собственный источник азота, наши специалисты ознакомят вас с техническими характеристиками имеющихся установок. Мы поможем сделать оптимальный выбор агрегатов, организуем их поставку, монтаж, пуск и наладку.

Производите азот сами – отправляйте заявку на оборудование со страниц нашего сайта!

Азот

АЗО́Т -а; м. [франц. azote от греч. an- - не-, без- и zōtikos - дающий жизнь]. Химический элемент (N), газ без цвета и запаха, не поддерживающий дыхания и горения (составляет основную по объёму и массе часть воздуха, является одним из главных элементов питания растений).

◁ Азо́тный, -ая, -ое. А-ая кислота. А-ые удобрения. Азо́тистый, -ая, -ое. А-ая кислота.

азо́т

(лат. Nitrogenium), химический элемент V группы периодической системы. Название от греч. а... - отрицательная приставка, и zōē - жизнь (не поддерживает дыхания и горения). Свободный азот состоит из 2-атомных молекул (N 2); газ без цвета и запаха; плотность 1,25 г/л, t пл –210ºC, t кип –195,8ºC. Химически весьма инертен, однако реагирует с комплексными соединениями переходных металлов. Основной компонент воздуха (78,09% объёма), разделением которого получают промышленный азот (более 3 / 4 идёт на синтез аммиака). Применяется как инертная среда для многих технологических процессов; жидкий азот - хладагент. Азот - один из основных биогенных элементов, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот.

АЗОТ

АЗО́Т (лат. Nitrogenium - рождающий селитры), N (читается «эн»), химический элемент второго периода VA группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В свободном виде - газ без цвета, запаха и вкуса, плохо растворим в воде. Состоит из двухатомных молекул N 2 , обладающих высокой прочностью. Относится к неметаллам.
Природный азот состоит из стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) 14 N (содержание в смеси 99,635% по массе) и 15 N. Конфигурация внешнего электронного слоя 2s 2 2р 3 . Радиус нейтрального атома азота 0,074 нм, радиус ионов: N 3- - 0,132 , N 3+ - 0,030 и N 5+ - 0,027 нм. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома азота равны, соответственно, 14,53, 29,60, 47,45, 77,47 и 97,89 эВ. По шкале Полинга электроотрицательность азота 3,05.
История открытия
Открыт в 1772 шотландским ученым Д. Резерфордом в составе продуктов сжигания угля, серы и фосфора как газ, непригодный для дыхания и горения («удушливый воздух») и в отличие от CO 2 не поглощаемый раствором щелочи. Вскоре французский химик А. Л. Лавуазье (см. ЛАВУАЗЬЕ Антуан Лоран) пришел к выводу, что «удушливый» газ входит в состав атмосферного воздуха, и предложил для него название «azote» (от греч. azoos - безжизненный). В 1784 английский физик и химик Г. Кавендиш (см. КАВЕНДИШ Генри) установил присутствие азота в селитре (отсюда латинское название азота, предложенное в 1790 французским химиком Ж. Шанталем).
Нахождение в природе
В природе свободный (молекулярный) азот входит в состав атмосферного воздуха (в воздухе 78,09% по объему и 75,6% по массе азота), а в связанном виде - в состав двух селитр: натриевой NaNO 3 (встречается в Чили, отсюда название чилийская селитра (см. ЧИЛИЙСКАЯ СЕЛИТРА) ) и калиевой KNO 3 (встречается в Индии, отсюда название индийская селитра) - и ряда других соединений. По распространенности в земной коре азот занимает 17-е место, на его долю приходится 0,0019% земной коры по массе. Несмотря на свое название, азот присутствует во всех живых организмах (1-3% на сухую массу), являясь важнейшим биогенным элементом (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) . Он входит в состав молекул белков, нуклеиновых кислот, коферментов, гемоглобина, хлорофилла и многих других биологически активных веществ. Некоторые, так называемые азотфиксирующие, микроорганизмы способны усваивать молекулярный азот воздуха, переводя его в соединения, доступные для использования другими организмами (см. Азотфиксация (см. АЗОТФИКСАЦИЯ) ). Превращения соединений азота в живых клетках - важнейшая часть обмена веществ у всех организмов.
Получение
В промышленности азот получают из воздуха. Для этого воздух сначала охлаждают, сжижают, а жидкий воздух подвергают перегонке (дистилляции). Температура кипения азота немного ниже (-195,8 °C), чем другого компонента воздуха - кислорода (-182,9 °C), поэтому при осторожном нагревании жидкого воздуха азот испаряется первым. Потребителям газообразный азот поставляют в сжатом виде (150 атм. или 15 МПа) в черных баллонах, имеющих желтую надпись «азот». Хранят жидкий азот в сосудах Дьюара (см. ДЬЮАРА СОСУД) .
В лаборатории чистый («химический») азот получают, добавляя при нагревании насыщенный раствор хлорида аммония NH 4 Cl к твердому нитриту натрия NaNO 2:
NaNO 2 + NH 4 Cl = NaCl + N 2 + 2H 2 O.
Можно также нагревать твердый нитрит аммония:
NH 4 NO 2 = N 2 + 2H 2 O.
Физические и химические свойства
Плотность газообразного азота при 0 °C 1,25046 г/дм 3 , жидкого азота (при температуре кипения) - 0,808 кг/дм 3 . Газообразный азот при нормальном давлении при температуре –195,8 °C переходит в бесцветную жидкость, а при температуре –210,0 °C - в белое твердое вещество. В твердом состоянии существует в виде двух полиморфных модификаций: ниже –237,54 °C устойчива форма с кубической решеткой, выше - с гексагональной.
Критическая температура азота –146,95 °C, критическое давление 3,9МПа, тройная точка лежит при температуре –210,0 °C и давлении 125,03 гПа, из чего следует, что азот при комнатной температуре ни при каком, даже очень высоком давлении, нельзя превратить в жидкость.
Теплота испарения жидкого азота 199,3 кДж/кг (при температуре кипения), теплота плавления азота 25,5 кДж/кг (при температуре –210 °C).
Энергия связи атомов в молекуле N 2 очень велика и составляет 941,6 кДж/моль. Расстояние между центрами атомов в молекуле 0,110 нм. Это свидетельствует о том, что связь между атомами азота тройная. Высокая прочность молекулы N 2 может быть объяснена в рамках метода молекулярных орбиталей. Энергетическая схема заполнения молекулярных орбиталей в молекуле N 2 показывает, что электронами в ней заполнены только связывающие s- и p-орбитали. Молекула азота немагнитна (диамагнитна).
Из-за высокой прочности молекулы N 2 процессы разложения различных соединений азота (в том числе и печально знаменитого взрывчатого вещества гексогена (см. ГЕКСОГЕН) ) при нагревании, ударах и т. д. приводят к образованию молекул N 2 . Так как объем образовавшегося газа значительно больше, чем объем исходного взрывчатого вещества, гремит взрыв.
Химически азот довольно инертен и при комнатной температуре реагирует только с металлом литием (см. ЛИТИЙ) с образованием твердого нитрида лития Li 3 N. В соединениях проявляет различные степени окисления (от –3 до +5). С водородом образует аммиак (см. АММИАК) NH 3 . Косвенным путем (не из простых веществ) получают гидразин (см. ГИДРАЗИН) N 2 H 4 и азотистоводородную кислоту HN 3 . Соли этой кислоты - азиды (см. АЗИДЫ) . Азид свинца Pb(N 3) 2 разлагается при ударе, поэтому его используют как детонатор, например, в капсюлях патронов.
Известно несколько оксидов азота (см. АЗОТА ОКСИДЫ) . С галогенами азот непосредственно не реагирует, косвенными путями получены NF 3 , NCl 3 , NBr 3 и NI 3 , а также несколько оксигалогенидов (соединений, в состав которых, кроме азота, входят атомы и галогена, и кислорода, например, NOF 3).
Галогениды азота неустойчивы и легко разлагаются при нагревании (некоторые - при хранении) на простые вещества. Так, NI 3 выпадает в осадок при сливании водных растворов аммиака и иодной настойки. Уже при легком сотрясении сухой NI 3 взрывается:
2NI 3 = N 2 + 3I 2 .
Азот не реагирует с серой, углеродом, фосфором, кремнием и некоторыми другими неметаллами.
При нагревании азот реагирует с магнием и щелочноземельными металлами, при этом возникают солеобразные нитриды общей формулы М 3 N 2 , которые разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и аммиака, например:
Са 3 N 2 + 6H 2 O = 3Ca(OH) 2 + 2NH 3 .
Аналогично ведут себя и нитриды щелочных металлов. Взаимодействие азота с переходными металлами приводит к образованию твердых металлоподобных нитридов различного состава. Например, при взаимодействии железа и азота образуются нитриды железа состава Fe 2 N и Fe 4 N. При нагревании азота с ацетиленом C 2 H 2 может быть получен цианистый водород HCN.
Из сложных неорганических соединений азота наибольшее значение имеют азотная кислота (см. АЗОТНАЯ КИСЛОТА) HNO 3 , ее соли нитраты (см. НИТРАТЫ) , а также азотистая кислота HNO 2 и ее соли нитриты (см. НИТРИТЫ) .
Применение
В промышленности газ азот используют главным образом для получения аммиака (см. АММИАК) . Как химически инертный газ азот применяют для обеспечения инертной среды в различных химических и металлургических процессах, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот широко используют как хладагент (см. ХЛАДАГЕНТ) , его применяют в медицине, особенно в косметологии. Важное значение в поддержании плодородия почв имеют азотные минеральные удобрения (см. МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ) .




Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "азот" в других словарях:

- (N) химический элемент, газ, без цвета, вкуса и запаха; составляет 4/5 (79 %) воздуха; уд. вес 0,972; атомный вес 14; сгущается в жидкость при 140 °С. и давлении 200 атмосфер; составная часть многих растительных и животных веществ. Словарь… … Словарь иностранных слов русского языка

АЗОТ - АЗОТ, хим. элемент, симв. N (франц. AZ), порядковый номер 7, ат. в. 14,008; точка кипения 195,7°; 1 л А. при 0° и 760 мм давл. весит 1,2508 г [лат. Nitrogenium («порождающий селитру»), нем. Stickstoff («удушающее… … Большая медицинская энциклопедия

- (лат. Nitrogenium) N, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. Название от греческой a отрицательная приставка и zoe жизнь (не поддерживает дыхания и горения). Свободный азот состоит из 2 атомных… … Большой Энциклопедический словарь

азот - а м. azote m. <араб. 1787. Лексис.1. алхим. Первая материя металлов металлическая ртуть. Сл. 18. Пустился он <парацельс> на конец по свету, предлагая всем за весьма умеренную цену свой Лауданум и свой Азот, для изцеления всех возможных… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

- (Nitrogenium), N, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; газ, tкип 195,80 шС. Азот основной компонент воздуха (78,09% по объему), входит в состав всех живых организмов (в организме человека… … Современная энциклопедия

Азот - (Nitrogenium), N, химический элемент V группы периодической системы, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; газ, tкип 195,80 °С. Азот основной компонент воздуха (78,09% по объему), входит в состав всех живых организмов (в организме человека… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (хим. знак N, атомный вес 14) один из химических элементов;бесцветный газ, не имеющий ни запаха, ни вкуса; очень мало растворим вводе. Удельный вес его 0.972. Пикте в Женеве и Кальете в Париже удалосьсгустить азот, подвергая его высокому давлению … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

N (лат. Nitrogenium * a. nitrogen; н. Stickstoff; ф. azote, nitrogene; и. nitrogeno), хим. элемент V группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 7, ат. м. 14,0067. Oткрыт в 1772 англ. исследователем Д. Pезерфордом. При обычных условиях A.… … Геологическая энциклопедия

Муж., хим. основание, главная стихия селитры; селитротвор, селитрород, селитряк; он же главная, по количеству, составная часть нашего воздуха (азота 79 объемов, кислорода 21). Азотистый, азотный, азотовый, азот в себе содержащий. Химики различают … Толковый словарь Даля

Органоген, нитроген Словарь русских синонимов. азот сущ., кол во синонимов: 8 газ (55) неметалл … Словарь синонимов

Азот - это газ, который гасит пламя, так как не горит и не поддерживает горения. Его получают фракционной перегонкой жидкого воздуха, хранят под давлением в стальных баллонах. Азот применяют, в основном, для производства аммиака и цианамида кальция, а… … Официальная терминология

Книги

• Тесты по химии. Азот и фосфор. Углерод и кремний. Металлы. 9 класс. К учебнику Г.Е.Рудзитиса. ФГОС , Боровских Татьяна Анатольевна , Данное пособие полностью соответствует федеральному государственному образовательному стандарту (второго поколения). Пособие включает тесты, охватывающие 3 темы учебника Г. Е. Рудзитиса,… Категория: Справочники, тесты, сборники задач по химии Серия: Учебно-методический комплект Издатель:

Установка для выработки азота представляет собой комплекс оборудования, с помощью которого азот концентрируется из атмосферного воздуха. Максимальная концентрация азота на выходе составляет 99,9999%. Данный показатель можно корректировать в зависимости от назначения газа.

Адсорбционный генератор

Производство происходит за счет подачи сжатого воздуха под давлением, которое нагнетает винтовой воздушный компрессор. Генератор оснащается системой фильтрации и осушителем. Осушитель воздуха при этом может быть как рефрижераторного типа, так и адсорбционного, в зависимости от назначения и необходимой концентрации азота. В процессе производства сжатый воздух проходит через грубую и тонкую очистку и осушитель, при этом достигается точки росы +3С и класс воздуха соответствует ISO 8573-1:2010-1.4.1. Затем воздух подается после многоступенчатой фильтрации на генератор. На выходе азотное оборудование получаем готовый газ под давлением до 10 бар. Станция состоит из двух колонн, в которых содержится адсорбент для поглощения соответствующего типа газа. Один раз в 8-15 лет требуется замена адсорбента, в зависимости от условий эксплуатации.
Преимущества генераторов азота адсорбционного типа:

• большой ресурс работы;
• быстрый запуск/остановка;
• простота в эксплуатации;
• компактность;
• высокая надежность;
• не требуется контроль оператора во время работы;
• полная автоматизация;
• возможность дистанционного управления через сайт компании Дженерал Газ.

Мембранный генератор

Разделение газов происходит за счет газоразделительной мембраны. Фильтрованный воздух проходит через мембранный модуль. Поток проходит через тысячи селективных волокон. Азот выходит с обратной стороны мембраны, а кислород выходит через ее стенки.

Производство азота предполагает квалифицированную установку всего комплекса оборудования, которое требует соблюдения нормативов безопасности.

Оборудование для производства азота, которое изготавливает компания «Дженерал Газ», имеет в своём составе комплектующие от сертифицированных производителей и проходит тестирование на предмет соответствия высоким стандартам качества и безопасности промышленных агрегатов.

Данное оборудование позволяет добиваться высокой энергоэффективности при производстве азота, который применяется в различных отраслях промышленности:

• электронной;
• пищевой;
• металообрабатывающей;
• фармацевтической;
• металлургической;
• нефтегазовой;
• нефтехимической и химической.

Приобретая оборудование для получения азота в нашей компании, вы получаете выгодные цены, гарантию, быструю поставку и монтаж.

Как выбрать оборудование для получения азота?

Для того чтобы выбрать тип воздухоразделительной установки необходимо разобраться в том какие они бывают:

Для получения технических газов из атмосферного воздуха на данный момент существует три типа воздухоразделительных установок (ВРУ):

• Воздухоразделительные установки криогенного типа.
• Воздухоразделительные установки адсорбционного типа.
• Мембранные воздухоразделительные установки.

ВРУ криогенного типа – это комплекс оборудования осуществляющий последовательную обработку и охлаждение атмосферного воздуха до криогенных температур и последующего разделения путем ректификации на составляющие: кислород, азот, аргон, криптон, ксенон.

Криогенные ВРУ подразделяются:

• Малой = 30 ÷ 300 м³/час;
• Средней = 300 ÷ 3000 м³/час;
• Высокой > 3000 м³/час;

ВРУ адсорбционного типа – это комплекс оборудования, осуществляющий разделения атмосферного воздуха путем пропускания его через молекулярное сито, которое по своей структуре может задерживать молекулы газов. Адсорбционные ВРУ предназначены для получения основных продуктов разделения в газообразном состоянии:

• Кислород;
• Азот.

Производительность адсорбционных установок не ограничена и зависит от числа применяемых модулей, но по концентрации (чистоте) продуктов разделения есть ограничения:

• Концентрация газообразного кислорода на выходе до 98%
• Концентрация газообразного азота на выходе до 99,9995%

Мембранные ВРУ – это комплекс оборудования, осуществляющий разделение сжатого воздуха путем пропускания его через мембранные модули, в которых происходит разделение на основные компоненты: азот и кислород. Мембранные ВРУ предназначены для получения продуктов разделения в газовом состоянии. Производительность мембранных установок зависит от количества применяемых мембранных модулей.

• Концентрация газообразного кислорода на выходе до 90%.
• Концентрация газообразного азота на выходе до 99,5%.

Так же для получения газообразный газов на месте потребления используют криогенные газификаторы, который в свою очередь преобразуют жидкий крио-продукт(азот, кислород или аргон) в газообразное состояние.

В каком случае какую ВРУ применять для получения АЗОТА?

Для того чтобы выбрать ВРУ необходимо знать следующие параметры:

• Потребление газообразного азота м³/час;
• Давление азота, Бар;
• Концентрацию азота, % или остаточная доля кислорода;
• Пиковое потребление, количество «пиков», длительность и периодичность;
• Вариант размещения установки (на улице, в помещении…);
• Существующие коммуникации;
• Удаленность от объекта;
• График работы(потребления);
• Наличие персонала.

Рассмотрим наглядный график:

На графике:

1. Поставка в баллонах
2. Доставка жидким или в баллонах
3. Доставка жидким
4. Криогенные ВРУ

Выбор источника азота сложная и требующая внимания задача, от правильности выбора зависит эффективность производственных процессов и себестоимость конечного продукта.

На данный момент рынок адсорбционных азотных генераторов стремительно развивается и в областях где требуется газообразный азот, данный вид генераторов показывает наиболее низкую себестоимость продукционного азота, что составляет ~0,3 кВт на 1 метр кубического азота.

^ 9.1 Общие сведения об азоте

Азот – от греческого «безжизненный», бесцветный газ не имеющий цвета и запаха, атомный вес 14,0.

В 1772 г. азот открыл шотландец Резерфорд. В свободном состоянии азота в природе нет. А. Лавуазье в 1787г. установил, что воздух содержит «жизненный» (поддерживающий дыхание и горение, то есть кислород) и «удушливый» газы. В 1785г. Г.Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры. Позже выяснили инертность азота в свободном состоянии и важное его свойство в соединениях с другими элементами, т.е. в связанном состоянии. Азот – четвёртый по распространенности (после водорода, гелия и кислорода), элемент солнечной системы.

Азот – один из самых распространенных элементов на Земле. В основном, сосредоточен в атмосфере. В составе воздуха он составляет более 78%. Природные соединения азота – это натриевые селитры, встречающиеся, обычно, в пустынях (Чили, Средняя Азия). В каменном угле содержится 1- 2,5% азота.

Азот крайне важен для жизнедеятельности живых организмов. В живых белках содержится 16 – 17% азота.

^ 9.2 Физические и химические свойства

Азот немного легче воздуха (? =1,2506 кг/м 3 при нормальных условиях).

Температура плавления -209,86єС , кипения -195,8 єС .

Азот сжижается с трудом.

Критические параметры: t кр = -174,1єС, p кр =34,6 кг/м 2 .

Плотность жидкого азота ? ж =808 кг/м 3 .

В воде он менее растворим, чем кислород.

Азот вступает в реакцию только с активными металлами (литий, кальций, магний). С другими элементами – только при высокой температуре и присутствии катализатора, в том числе с водородом, образуя NH 3 – аммиак.

Азот не оказывает вредного воздействия на окружающую среду и не токсичен. Но длительное пребывание в загазованном помещении вредно для человека, а дыхание в среде с содержанием кислорода менее 19% опасно для жизни.

1. 
   ^ Получение азота из воздуха

Основную массу атмосферного воздуха составляет азот (78,1%), поэтому очевидно, что наиболее рационально получать азот из воздуха.

В промышленности в настоящее время применяется три метода получения азота: низкотемпературное разделение, адсорбционная и мембранная технологии.

^ Низкотемпературная (криогенная) технология разделения воздуха на составляющие (азот, кислород, аргон и другие газы) основана на разнице температур кипения (или сжижения) азота и кислорода при глубоком охлаждении воздуха.

Сжижение азота и кислорода в промышленных условиях осуществляется в детандерных установках. Предварительно сжатый и охлажденный воздух расширяется в детандере (поршневом или турбодетандере) до температуры -192єС , при которой воздух полностью сжижается и становится бесцветной жидкостью. Если теперь жидкий воздух слегка подогреть
(до -183єС), то из него будет испаряться азот, а кислород останется в виде жидкости. Этот процесс называется ректификацией воздуха. Подробный технологический процесс рассмотрен в разделе, посвященном кислороду. Отметим, что на этих установках одновременно получают и азот, и кислород, которые далее могут использоваться для различных целей, в различных технологических линиях.

Указанные установки высокопроизводительные, но сложные по устройству, стационарные и энергоемкие. Применяются в производствах с большим расходом азота, например получение аммиака.

Адсорбционная технология основана на адсорбции – поглощении веществ в газообразном или жидком состоянии поверхностью твёрдых или жидких тел (адсорбентов) чаще всего твёрдых.

Адсорбер – аппарат для адсорбции, в котором газовая смесь проходит через слой пористого адсорбента и из неё извлекаются необходимые вещества. Адсорберы бывают периодического и непрерывного действия.

Такие аппараты имеют небольшую производительность и для получения азота в промышленных масштабах не применяются.

^ Мембранная технология (применение молекулярных сит). Принцип производства азота по этой технологии основан на отделении молекул азота из предварительно очищенного сжатого воздуха, прокачиваемого через так называемый мембранный блок (или генератор).

Мембраны обладают свойством селективной проницаемости – прогрессивный эффективный метод с низким потреблением энергии.

Суть мембранной технологии состоит в разделении газовой смеси за счёт разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях поливолоконной мембраны. Каждый компонент имеет свою характерную скорость проникновения, которая зависит от его способности растворяться в мембране и проникать через неё. «Быстрые» газы (H 2 , CO 2 , O 2 , He и др.) быстро проникают сквозь полимерную мембрану. «Медленные» газы (CO , N 2 , CH 4 и др.) слабо проникают через мембрану и отводятся во вне. Смесь газов, прошедшая через мембрану, называется пермеатом .

Схема азотного генератора приведена на рис 9.1. Мембранный разделительный блок представляет собой цилиндрический картридж, внутри которого расположен пучок трубчатых поливолоконных мембран.

Рисунок 9.1 – Мембранный картридж и мембрана

C помощью таких устройств можно получить азот чистотой от 90 до 99,9% в достаточно больших количествах: от 1500 до 5000 м 3 /час .

Появление мембранных технологий обусловило быстрый прогресс в развитии воздухоразделительной техники и технологии. Главное преимущество мембранной технологии: низкая энергозатратность, низкие параметры, компактность и мобильность установок способствует всё более широкому её применению.

Области использования различных установок по производству азота приведены на рис.9.2.




Рисунок 9.2 – Области применения различных азотных установок

9.4 Технологические мембранные установки для получения азота

С использованием мембранного метода получения азота в последние годы рядом ведущих фирм созданы достаточно простые промышленные установки. Принципиальная схема установки приведена на рис.9.3.

Всасываемый из атмосферы воздух сжимается в поршневой или винтовой компрессорной станции до некоторого оптимального давления газоразделения.



Компр. Блок подготовки Мембранный

Станция воздуха блок

Рисунок 9.3 – Схема получения азота по такой технологии:

Ф – фильтр; К – компрессор; ФС – фильтр-сепаратор;

ОС – осушитель; В/О – влагоотделитель

При выборе необходимого давления ищут компромисс: при малых давлениях проще, выше надежность, но очень большие габариты аппаратов, особенно мембранного блока. А стоимость мембранных модулей очень высока. При высоких давлениях могут быть проблемы с прочностью и надежностью.

Сжатый в компрессоре воздух поступает в блок подготовки воздуха, где он охлаждается, отчищается от капельной жидкости (вода, масло), механических примесей и осушивается. Подготовленный таким образом воздух поступает в мембранный блок, где он разделяется на потребительский азот и пермеат (смесь кислорода, водяного пара, аргона водорода и т.д.), который выбрасывается в атмосферу. Как видно, установка экологически чистая, не наносит ущерб окружающей среде. В случаях применения стационарных мембранных установок на производственных предприятиях пермеат как обогащенная кислородом воздушная смесь может быть полезно использован, например, для дутья в топочных устройствах различного рода.

По такой технологии возможно получение азота с концентрацией 99,9%, но обычно для технологического применения достаточна чистота 90-98%.

Средняя стоимость одного литра азота на 50% дешевле полученного традиционным низкотемпературным (криогенным) методом.

Азот производится непосредственно на месте его потребления в необходимом количестве. Расходы на хранение и транспортировку отсутствуют вовсе.

Такая технология обладает бесспорными преимуществами, среди которых: компактность, мобильность станции, разделение воздуха происходит в статическом аппарате, а не в машине-детандере, возможность глубокого регулирования и др. Недостатком является высокая стоимость мембранных модулей и требование высокой степени очистки воздуха, подаваемого на модули. Последнее требование является жестким для компрессоров. Поршневые компрессоры со смазкой и маслонаполненные винтовые компрессоры в обычном исполнении неприемлемы.

Условию отсутствия масла удовлетворяют так называемые «сухие» (бессмазочные) поршневые и винтовые компрессоры. Такие компрессоры существуют. Конструктивно они намного сложнее обычных и гораздо дороже.

В поршневых «сухих» компрессорах усложняется конструкция сальников, требуется применение специальных материалов и т.д.

Винтовые «сухие» компрессоры имеют существенно более низкую степень повышения давления в одном корпусе, чем маслозаполненные, т.к. нет впрыска охлаждающего масла
(? = 2-3 против 8-10). Они более громоздки. Требование гарантийного зазора между винтами снижает объемный КПД компрессора.

В некоторых случаях применяются винтовые маслозаполненные компрессоры на первой ступени сжатия, а далее, после очистки и сепарации воздуха, – «сухой» поршневой дожимающий компрессор.

На таких установках, кроме основной технологической операции – получение азота из воздуха, выполняются одновременно следующие операции:

Обогащение воздуха кислородом (пермеат);

Осушка воздуха.

^ 9.5 Азотно-мембранные компрессорные станции

Комплексные установки такого рода обычно изготавливают передвижными на автомобилях или прицепах, что позволяет быстро доставлять ее к месту использования.

Примером может служить азотная мембранная винтовая передвижная станция АМВП-15/0,7 о С производительностью по азоту 15 мм 3 /мин и давлением 0,7 МПа, концентрация азота до 97%. Разработана во ВНИИкомпрессормаше (г. Сумы) в 2003 г.

Всё оборудование смонтировано в автомобильном прицепе длиной 12 м, который состоит из трёх основных блоков (рис.9.4).




Рисунок 9.4 - Передвижной станция АМВП

Управление станцией осуществляется с помощью микропроцессорной системы.

Привод – электродвигатель, компрессор поршневой
2 ступенчатый, сухой. В последующем были применены винтовые блоки сухого сжатия. С учётом требований мобильности в станции применена воздушная система охлаждения сжатого воздуха.

Станции успешно применялись при тушении пожаров на шахтах Донбасса. Для локализации и тушения подземного пожара станция подавала азот в зону горения для создания атмосферы обеднённой кислородом.

Среди других применений азотных мембранных станций:

– для обустройства нефтяных и газовых скважин, ремонта и испытаний трубопроводов в нефтяной и газовой промышленности. Эта установка выполняется с дизельным приводом, не связана с ЛЭП, может работать в любых условиях севера, мощность станции – 250 кВт, масса – 9,3 т, длина – 6 м;

– для обеспечения длительного хранения зерна, овощей, путем создания инертной среды без применения химии, что замедляет их дыхание. Срок хранения возрастает в 2-3 раза, без потери кондиций даже при +20 - 25 єС ;

– в атомной энергетике – для продувки охлаждающих рубашек турбогенераторов АЭС.

^ 9.6 Применения азота

Основная часть добываемого свободного азота используется для промышленного производства аммиака, который затем перерабатывается в азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества. Получать технически чистый азот в разделительных установках в больших количествах обходится очень дорого. Поэтому в таких производствах используют не технически чистый азот, полученный, например, ректификацией воздуха, а непосредственно атмосферный воздух. Такая технология будет рассмотрена в следующей теме «Технологии производства и использования аммиака».

Свободный азот применяют во многих отраслях промышленности:

– как инертная среда при испытании аппаратов и машин, например компрессоров (работы ВНИИкомпрессормаша по созданию ПК и ЦК СВД) (рис. 9.5);

– для продувки аппаратов труб и др. оборудования, работающего на взрывоопасных газах (нефтяная и газовая промышленность) при ремонтах, испытаниях перед заполнением газом;

– как «буферная» запирающая среда при герметизации машин а аппаратов, работающих на опасных газах, смесь которых с небольшим количеством азота допустима по по условиям технологического процесса;

– применяется в качестве импульсного газа в системе КИП и А установок, работающих на опасных газах (для элементов пневмоавтоматики, когда нельзя применять приборы электроавтоматики из-за возможной искры);

– повышения продуктивности газовых и нефтяных скважин методом газоимпульсного воздействия с помощью азотного генератора – сосуда, наполненного азотом при очень высоком давлении, который создаёт локальный взрыв вокруг заборной части скважины, образуя множество трещин и каналов в твёрдой толще пласта.

Широко используется азот и в технологии машиностроения.

^ Азотирование (азотация) – насыщение поверхности металлических деталей с целью повышения твердости, износостойкости, предела усталости, коррозионной стойкости.

Азотирование сталей происходит в герметичных печах при 500 - 650єС в среде аммиака. Процесс длительный. Для получения слоя толщиной 0,2 - 0,4 мм требуется 20 - 50 часов. Повышение температуры ускоряет процесс, но твердость снижается.



Рисунок 9.5 – Схема установки для испытаний ПК и

ЦК СВД на азоте

Применяется азотирование в основном для легированных сталей, особенно хромоалюминиевых сплавов, а так же сталей, содержащих вольфрам и молибден. Азотируются так же титановые сплавы, но при 850-950єС в среде чистого азота.

Способность к глубокому охлаждению обусловливает применение жидкого азота в различных холодильных установках, в машиностроении для сборки – разборки соединений с большим натягом, а так же в криотерапии в медицине.

Для технологических нужд азот получают на местных или централизованных азотных станциях.

Хранят азот в газгольдерах, емкостях, баллонах.

Транспортируют обычно в жидком состоянии, в сосудах Дюара с вакуумной теплоизоляцией. Окраска сосудов с азотом черная.

^ Контрольные вопросы к теме 9

1 Назовите основные, практически важные для техники свойства азота.

2 Назовите промышленные методы получения азота, их преимущества, недостатки, области применения.

3 В чем суть низкотемпературного метода разделения воздуха для получения азота?

4 В чем суть мембранной азотной установки, поясните ее работу.

5 Приведите схему мембранной азотной установки, поясните ее работу.

6 Какие требования к сжатию азота в компрессорах мембранных установок? Какие компрессоры отвечают этим требованиям.

7 Что значит «сухие» компрессоры? Каковы особенности их устройства?

8 Каковы применения свободного азота в народном хозяйстве?

9 Для чего применяют азот в технологии машиностроения?

10 Каковы особенности хранения, транспортировки и маркировки сосудов азота?

Список литературы

1. Атрощенко В.И. Курс технологии связанного азота/ В.И. Атрощенко и др. –М.–Л.: Химия, 1968.

2. Справочник азотчика. –М.-Л.: Химия, 1969.– т.I и II.

3. Глизманенко Д.Л. Получение кислорода/ Д.Л. Глизманенко – М.: Химия, 1972.–752с.

Тема 10 ^ КИСЛОРОД И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

10.1 Общие сведения о кислороде

Роль кислорода в нашей жизни и производственной деятельности трудно переоценить. Без кислорода нет жизни. Главное его свойство – способность к окислению. Важнейшим окислительным процессом является горение. Еще древние китайцы, а в последствии Леонардо да Винчи (1452-1519) считали, что в воздухе содержится составная часть, которая расходуется при горении.

Кислород был открыт в начале XVIII в. голландским изобретателем К. Дреббелем, использовавшим его для своей подводной лодки, сохраняя глубокую тайну.

Ломоносов М.В. в 1756 г. доказал, что горение-окисление – это присоединение к веществу части из воздуха, а не из огненной материи, как считалось раньше. Французский химик Лавуазье В. дал элементу название и развил теорию горения и окисления. Чистый кислород был выделен шведом Н. Шееле в 1770 г. при нагревании селитры, азотно-кислого магния и др.

Кислород – самый распространенный элемент в природе по весу. Его содержание по массе составляет:

В воздухе 23 %;

В воде 86 %;

В земной коре 47 %.

Главная масса кислорода содержится в связанном состоянии в основном в земной атмосфере.

^ 10.2 Свойства кислорода

10.2.1 Физические свойства

Кислород - бесцветный газ, не имеет запаха и вкуса.

Атомный вес 16.

Температура сгущения (сжижения) -182,98 о С при атмосферном давлении, образуется бледно-синяя жидкость.

Температура отвердения –218,7 о С, образуются синие кристаллы.

Критическая температура –118,84 о С.

Критическое давление 49,71 атм .

Плотность газа (при 760 мм рт.ст.,0 о С) ? =0,00143 г/см.

Плотность жидкого кислорода (-182,98 C ) ?=1,1321 г/см.

Плотность твердого кислорода (-252,5 C) ?=1,4256 г/см.

Под действием ультрафиолетовых лучей распадается на атомы.

В тихом разряде образуется озон – О 3 .

Хорошие поглотители – благородные металлы и древесный уголь.

Кислород в любом агрегатном состоянии обладает магнитной восприимчивостью, т.е. его частицы притягиваются к магнитным полюсам.

Кислород хорошо растворим в органических растворителях (бензине, ацетоне, эфире).

^ 10.2.2 Химические свойства

Кислород образует соединения со всеми химическими элементами, кроме благородных газов. Со всеми элементами кроме галогенов и благородных металлов реагирует непосредственно. Скорость реакции окисления зависит от природы окисляемого вещества, температуры и условий смешения. Чем выше температура, тем быстрее реакция окисления. Например, водород при комнатной температуре с кислородом практически не реагирует, а при t=700-800 о C смесь его с кислородом взрывается.

Ускорителями реакций являются катализаторы. Отличный катализатор – вода.

Горючие газы образуют с кислородом сильно взрывчатые смеси, а их пары способны окислятся при соприкосновении с чистым кислородом, а при определенных условиях самовоспламеняться со взрывом. При повышении давления и температуры опасность самовоспламенения и взрыва смесей горючих веществ с кислородом возрастает. Воспламенение в замкнутом пространстве пористых горючих веществ (угольная пыль, прессованный торф, шерсть) пропитанных жидким кислородом, сопровождается взрывом большой разрушительной силы.

1. 
   ^ Технология получения кислорода

Кислород можно получать: 1) химическими способами;
2) электролизом воды; 3) разделением воздуха методом глубокого охлаждения.

Промышленное получение кислорода осуществляется путем глубокого охлаждения, сжатия и ректификацией (разделением на составляющие) в специальных установках. Типичная установка представлена на рис. 10.1. В этих установках для подачи сжатого воздуха используются компрессоры.

Ректификация – процесс разделения жидкого воздуха на жидкий кислород и газообразный азот, осуществляемый в специальных аппаратах – реакторных колоннах.

В нижней части колонны происходит предварительное разделение воздуха на обогащенный воздух, содержащий 40%О 2 и на жидкий азот (97-98%), собирающийся в карманах конденсатора.

Обогащенный воздух подается в верхнюю часть колонны, где происходит окончательная ректификация с получением
99-99,5%О 2 и 97-98%N 2 . Расход энергии на призводство1нм 3 технического кислорода равен 0,65-1,5 кВтч.

Применяются установки с глубоким охлаждением для получения жидкого кислорода с использованием давления
180-200атм и дальнейшим расширением в поршневом детандере или воздуха низкого давления (6 атм) с расширением в турбодетандере (метод акад. П.Л. Капицы).


Рисунок 10.1 – Схема ректификационной установки получения жидкого кислорода

Цикл Капицы – холодильный цикл основанный на применении воздуха низкого давления и получении необходимого холода только за счет расширения этого воздуха в воздушной турбине (детандере) с совершением внешней работы. Схема установки, реализирующей такой цикл, представлена на рис. 10.2



Рисунок 10.2 – Схема цикла Капицы для получения

жидкого воздуха:

1 – турбокомпрессор; 2 – регенераторы; 3 – турбодетандер;

4 – конденсатор

Особенностями цикла являются:

Не высокое сжатие воздуха (до 0,6 – 0,7 МПа) в компрессоре;

Использование холода воздуха из конденсатора в регенеративном теплообменнике;

Расширение сжатого воздуха в турбодетандере;

Этот цикл разработан еще в 1930 г. и широко применяется в практике вследствие высокой энергоэффективности.

Из сжиженного воздуха методом ректификации получают кислород и азот.

Наряду с получением О 2 и N 2 в установках глубокого охлаждения получают также содержащиеся в воздухе газы: аргон, неон, криптон, ксенон.

Сегодня используются установки мощностью от 1000 до
20 000 м 3 /час кислорода. При этом в качестве теплообменных аппаратов используются регенераторы, это позволяет сжимать основное количество воздуха только до 4,5-5,5 атм, что снижает общий удельный расход на выработку газообразного кислорода до 0,45-0,55 кВтч .

Существует целая отрасль народного хозяйства - кислородная промышленность, производящая технический кислород как товарную продукцию, и технологический кислород (т.е. для собственных нужд, например, на сталелитейных заводах).