Розділення засновано на відмінності температур кипіння зрідженого азоту (-196 ° С) і кисню (-183 ° С). Якщо сжижать повітря, а потім дати йому випаруватися, то в газоподібну фазу буде переходити більш низькокиплячі компонент (азот), і пари збагатяться їм, а рідина - киснем.
Розділення повітря на азот і кисень складається з трьох основних стадій: очищення і сушка, скраплення, ректифікація повітря.
При очищенні і сушінні повітря звільняють від пилу, водяної пари, діоксиду вуглецю, щоб виключити при зріджуванні утворення льоду.
Скраплення повітря засноване на способі, яким установлено охолодження газу при його адіабатні розширенні з виконанням роботи. У адіабатні, тобто не має теплообміну з навколишнім середовищем стані, процес розширення супроводжується зменшенням внутрішньої енергії системи і пов'язаної з нею температури.
Стиснення повітря здійснюється в турбокомпресорі з продуктивністю до 25 тис. М 3 / г з тиском нагнітання понад 0,7 МПа.
Ректифікація повітря з випаровуванням азоту з киплячого повітря призводить до отримання суміші, що містить 93% азоту і 7% кисню. Практично повне розділення повітря на ці компоненти реалізується дворазовою ректифікації в двуполостной апараті, виконаному з нержавіючої сталі. Установка виробляє 15 тис. М 3 / г азоту чистотою 99,998% і 8 тис. М 3 / г кисню 95-відсоткової концентрації.
На повітророздільних установках можна отримувати інертні гази відповідно до їх температурами кипіння при наявності додаткових колон для ректифікації потрібного газу.
Для задоволення потреб споживачів газоподібного кисню та азоту повітророзподільну установки будують ближче до споживача і транспортують гази по трубопроводах. Для потреб дрібних споживачів до складу установки включають газонаповнювальну станцію, на якій наповнюють кисневі або азотні балони 40м 3 під тиском до 20 МПа.
Тривале зберігання кисню та азоту і їх перевезення на значні відстані здійснюють в рідкому вигляді, використовуючи теплоізольовані стаціонарні або пересувні авто- і залізничні танки об'ємом до 30 м 3.
Отримання водню і синтез аміаку
Синтез аміаку є одним з найбільш великотоннажних виробництв. Основну частку аміаку отримують прямим синтезом з азоту і водню. Ресурси атмосферного азоту величезні і веде процес його вилучення з повітря чітко визначився. Виробництво аміаку регламентується технологією отримання водню.
Провідним способом виробництва водню став спосіб конверсії вуглеводневих газів, перш за все, природного. Для отримання з метану водню в якості окислювача використовують водяну пару і кисень, реалізуючи дві основні реакції
У промисловості використовують схеми конверсії природного газу при звичайному і підвищеному тиску. В даний час широке поширення одержав спосіб двоступеневої парової і пароповітряної конверсії. Склад конверсійного газу на виході з другої стадії,%: 61,7 Н2; 0,5 СО; 17,4 СО2; 20,1 N2; 0,3 СН4. Конвертований газ піддають ретельному очищенню від СО, СО2, СН4. Аr, водяної пари.
Освіта аміаку здійснюється за реакцією, яка реалізується в колонах синтезу аміаку при тиску 32 МПа, температурі 450-520 ° С.
Перевозять аміак в залізничних цистернах ємністю до 90 т або автотранспортом в цистернах до 3 т. Рідкий аміак можна транспортувати по трубопроводах при температурі понад 0 ° С і тиску нагнітання 8,2 МПа. Наприклад, трубопровід Тольятті-Одеса протяжністю 2195 км пропускає 2,7 млн. Т рідкого аміаку на рік.
Щорічна кількість небезпечних хімічних відходів, що утворюються в світі, оцінюється в 340 млн. Т. Значну їх частину становлять виробництва основної хімії. Найбільш великотоннажні відходи - піритні недогарки і фосфогіпс.
Піритні недогарки - побічні продукти випалу сірчаного колчедану (піриту) при отриманні сірчаної кислоти. На 1 т останньої їх вихід становить близько 2 т. Піритні недогарки знайшли широке застосування у виробництві портландцементу в якості железосодержащей добавки, що становить 3-5% цементної сировинної суміші. Використання піритових огірків в цементній промисловості нераціонально через безповоротної втрати знаходяться в них кольорових металів: міді і цинку.
За кордоном піритні недогарки застосовують для виплавки чавуну, якій передують різні форми випалу піритових огірків, що дозволяють очищати їх від кольорових металів і переводити їх в товарні продукти.
Піритні недогарки використовують як мідне мікродобриво. Вони також знаходять попит при виробництві фарб - сурику (свинцевих білил) і муміє (червоного пігменту на основі оксиду заліза).
Більш великотоннажними є відходи фосфогіпсу, що утворюється при виробництві екстракційної фосфорної кислоти. При її отриманні на 1т Р2 ПРО5 утворюється 4,5 т фосфогіпсу. У відвалах Росії заскладовано близько 140 млн. Т шламу фосфогіпсу, який використовується на 10%. При напрямку фосфогіпсу на виробництво гіпсових в'яжучих його піддають промивці водою, флотації або іншим способом очищення.
Питання для самоперевірки
1 Наведіть приклади використання продукції галузей основної хімії в різних галузях народного господарства.
2 Які неорганічні кислоти виробляються в найбільших кількостях і вкажіть способи їх отримання?
3 Назвіть основні типи мінеральних добрив.
4 Вкажіть основні способи і технології отримання мінеральних добрив.
5 Перерахуйте основні методи переробки природних фосфатів в добрива.
6 Перелічіть види азотних добрив і способи їх отримання.
7 У чому полягають переваги комплексних добрив і мікродобрив перед простими?
8 Яка роль окремих газів (повітря, кисень, азот, водень) в технологічних процесах?
9 Розкрийте суть трьох основних стадій розділення повітря на азот і кисень.
10 Як здійснюється синтез аміаку?
11 Вкажіть основні варіанти утилізації відходів виробництв основної хімії.