Mètodes de producció de gasos industrials

I. Mètode de separació d'aire
1. Mètode de destil·lació criogènica
- Aquest és un dels mètodes més utilitzats per produir gasos industrials. Es basa en la diferència de punts d'ebullició de diferents components de gas a l'aire. En primer lloc, l'aire es comprimeix, es refreda i es purifica per eliminar impureses com l'aigua, el diòxid de carboni, etc. Per exemple, el diòxid de carboni i l'aigua són adsorbits per tamisos moleculars, i després l'aire es refreda fins a un estat gairebé líquid. A baixes temperatures, comencen a separar-se diferents gasos, com el nitrogen, que bull a -195,8 graus, i l'oxigen, que bull a -183 graus. A través de la torre de destil·lació, el nitrogen més lleuger s'enriqueix a la part superior de la torre i l'oxigen més pesat s'enriqueix a la part inferior de la torre. Aquest mètode pot produir gasos d'alta puresa com ara oxigen, nitrogen i argó a gran escala. Aquesta tecnologia s'utilitza àmpliament en molts camps industrials, com ara l'acer, la química i altres indústries, per proporcionar-los els gasos industrials necessaris.
2. Mètode de separació de membrana
- El mètode de separació de membrana utilitza la diferència de permeabilitat de membranes especials de polímer a diferents gasos per separar gasos. Quan l'aire passa pel mòdul de membrana sota una determinada pressió, diferents gasos passen per la membrana a diferents velocitats. Per exemple, l'oxigen penetra a través de la membrana més ràpidament que el nitrogen. Aquest mètode té els avantatges d'un funcionament senzill i un equip compacte. No obstant això, la puresa del gas produït és relativament baixa i normalment s'utilitza en llocs on els requisits de puresa del gas no són especialment elevats, com ara la producció industrial a petita escala o alguns processos auxiliars. A la indústria de l'envasament d'aliments, el nitrogen produït per separació de membrana es pot utilitzar per conservar els aliments i prevenir l'oxidació i el deteriorament dels aliments.

2. Mètode de síntesi química
1. Síntesi d'hidrogen
- A la indústria, hi ha molts mètodes de síntesi química per a la producció d'hidrogen. Entre ells, la reacció de canvi aigua-gas és un mètode comú. Utilitzant carbó o gas natural com a matèries primeres, primer es fa reaccionar monòxid de carboni i hidrogen per generar-los (com ara la reacció de reformat amb vapor de gas natural: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H): _2\)), i després s'utilitza la reacció de canvi aigua-gas \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) per augmentar encara més l'hidrogen producció. L'hidrogen té una àmplia gamma d'aplicacions en els camps de la petroquímica, l'electrònica, etc. Per exemple, en el procés de refinació del petroli, l'hidrogen s'utilitza per a les reaccions de refinació d'hidrogenació per eliminar les impureses dels productes derivats del petroli.
2. Síntesi d'amoníac
- L'amoníac es sintetitza pel procés Haber-Bosch. El nitrogen i l'hidrogen reaccionen a alta temperatura (uns 400-500 graus), alta pressió (150-300 atmosferes) i un catalitzador (normalment un catalitzador de ferro) per produir amoníac. L'equació de la reacció és \(N_2+3H{_2⇌2NH_3\). L'amoníac s'utilitza principalment en la producció de fertilitzants i és una matèria primera important per als fertilitzants nitrogenats. A més, l'amoníac també té moltes aplicacions a la indústria química i farmacèutica, com ara la producció de productes químics com l'àcid nítric.

III. Electròlisi
1. Electròlisi de l'aigua per produir hidrogen i oxigen
- L'electròlisi de l'aigua és la descomposició de l'aigua en hidrogen i oxigen sota l'acció del corrent continu. A la cel·la electrolítica, l'aigua s'utilitza com a electròlit, i els elèctrodes solen estar fets de metalls preciosos (com el platí) o grafit. L'equació de la reacció és \(2H_2O→2H_2↑+O{_2↑\). L'hidrogen produït per aquest mètode és d'alta puresa, arribant a més del 99,9%. Tot i que el cost de producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua és relativament elevat, té un paper insubstituïble en alguns camps d'aplicació especial que requereixen una puresa d'hidrogen extremadament alta, com la indústria electrònica, les piles de combustible, etc. Al mateix temps, l'oxigen produït per l'electròlisi també es pot utilitzar en alguns processos industrials especials o amb finalitats mèdiques.