Metodi di produzione dei gas industriali

I. Metodo di separazione dell'aria
1. Metodo di distillazione criogenica
- Questo è uno dei metodi più comunemente utilizzati per la produzione di gas industriali. Si basa sulla differenza nei punti di ebollizione dei diversi componenti del gas nell'aria. Innanzitutto, l'aria viene compressa, raffreddata e purificata per rimuovere impurità come acqua, anidride carbonica, ecc. Ad esempio, l'anidride carbonica e l'acqua vengono assorbite dai setacci molecolari, quindi l'aria viene raffreddata fino allo stato quasi liquido. A basse temperature, diversi gas iniziano a separarsi, come l'azoto, che bolle a -195,8 gradi, e l'ossigeno, che bolle a -183 gradi. Attraverso la torre di distillazione, l'azoto più leggero viene arricchito nella parte superiore della torre e l'ossigeno più pesante nella parte inferiore della torre. Questo metodo può produrre gas di elevata purezza come ossigeno, azoto e argon su larga scala. Questa tecnologia è ampiamente utilizzata in molti settori industriali, come l'acciaio, l'industria chimica e altri, per fornire loro i gas industriali richiesti.
2. Metodo di separazione a membrana
- Il metodo di separazione a membrana utilizza la differenza di permeabilità di speciali membrane polimeriche ai diversi gas per separare i gas. Quando l'aria passa attraverso il modulo a membrana sotto una certa pressione, gas diversi attraversano la membrana a velocità diverse. Ad esempio, l’ossigeno permea attraverso la membrana più velocemente dell’azoto. Questo metodo presenta i vantaggi di un funzionamento semplice e di un'attrezzatura compatta. Tuttavia, la purezza del gas prodotto è relativamente bassa e viene solitamente utilizzato in luoghi in cui i requisiti di purezza del gas non sono particolarmente elevati, come la produzione industriale su piccola scala o alcuni processi ausiliari. Nell'industria dell'imballaggio alimentare, l'azoto prodotto dalla separazione tramite membrana può essere utilizzato per conservare gli alimenti e prevenirne l'ossidazione e il deterioramento.

2. Metodo di sintesi chimica
1. Sintesi dell'idrogeno
- Nell'industria esistono molti metodi di sintesi chimica per la produzione di idrogeno. Tra questi, la reazione di spostamento del gas acqua è un metodo comune. Utilizzando carbone o gas naturale come materie prime, il monossido di carbonio e l'idrogeno vengono prima fatti reagire per generare (come la reazione di reforming del vapore del gas naturale: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H _2\)), quindi la reazione di spostamento del gas acqua \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) viene utilizzata per aumentare ulteriormente la quantità di idrogeno produzione. L'idrogeno ha una vasta gamma di applicazioni nei campi petrolchimico, elettronico, ecc. Ad esempio, nel processo di raffinazione del petrolio, l'idrogeno viene utilizzato per reazioni di raffinazione di idrogenazione per rimuovere le impurità nei prodotti petroliferi.
2. Sintesi dell'ammoniaca
- L'ammoniaca viene sintetizzata mediante il processo Haber-Bosch. L'azoto e l'idrogeno reagiscono ad alta temperatura (circa 400-500 gradi), alta pressione (150-300 atmosfere) e un catalizzatore (solitamente un catalizzatore di ferro) per produrre ammoniaca. L'equazione della reazione è \(N_2+3H_2⇌2NH_3\). L'ammoniaca viene utilizzata principalmente nella produzione di fertilizzanti ed è un'importante materia prima per i fertilizzanti azotati. Inoltre, l'ammoniaca ha molte applicazioni anche nell'industria chimica e farmaceutica, come nella produzione di prodotti chimici come l'acido nitrico

III. Elettrolisi
1. Elettrolisi dell'acqua per produrre idrogeno e ossigeno
- L'elettrolisi dell'acqua è la decomposizione dell'acqua in idrogeno e ossigeno sotto l'azione della corrente continua. Nella cella elettrolitica, l'acqua viene utilizzata come elettrolita e gli elettrodi sono generalmente realizzati in metalli preziosi (come il platino) o grafite. L'equazione della reazione è \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\). L'idrogeno prodotto con questo metodo è di elevata purezza, raggiungendo oltre il 99,9%. Sebbene il costo di produzione dell’idrogeno mediante elettrolisi dell’acqua sia relativamente elevato, esso svolge un ruolo insostituibile in alcuni campi di applicazione speciali che richiedono una purezza dell’idrogeno estremamente elevata, come l’industria elettronica, le celle a combustibile, ecc. Allo stesso tempo, l’ossigeno prodotto dall’elettrolisi dell’acqua l'elettrolisi può essere utilizzata anche in alcuni processi industriali speciali o per scopi medici.