Productiemethoden van industriële gassen

I. Luchtscheidingsmethode
1. Cryogene destillatiemethode
- Dit is een van de meest gebruikte methoden voor de productie van industriële gassen. Het is gebaseerd op het verschil in kookpunten van verschillende gascomponenten in de lucht. Eerst wordt de lucht gecomprimeerd, gekoeld en gezuiverd om onzuiverheden zoals water, kooldioxide, enz. te verwijderen. Kooldioxide en water worden bijvoorbeeld geadsorbeerd door moleculaire zeven, en vervolgens wordt de lucht afgekoeld tot een bijna vloeibare toestand. Bij lage temperaturen beginnen verschillende gassen zich te scheiden, zoals stikstof, dat kookt bij -195.8 graden, en zuurstof, dat kookt bij -183 graad. Via de destillatietoren wordt de lichtere stikstof bovenaan de toren verrijkt en de zwaardere zuurstof onderaan de toren verrijkt. Met deze methode kunnen op grote schaal zeer zuivere gassen zoals zuurstof, stikstof en argon worden geproduceerd. Deze technologie wordt op grote schaal gebruikt in veel industriële sectoren, zoals de staal-, chemische en andere industrieën, om deze van de benodigde industriële gassen te voorzien.
2. Membraanscheidingsmethode
- De membraanscheidingsmethode maakt gebruik van het verschil in permeabiliteit van speciale polymeermembranen voor verschillende gassen om gassen te scheiden. Wanneer lucht onder een bepaalde druk door de membraanmodule stroomt, passeren verschillende gassen met verschillende snelheden door het membraan. Zuurstof dringt bijvoorbeeld sneller door het membraan dan stikstof. Deze methode heeft de voordelen van een eenvoudige bediening en compacte uitrusting. De zuiverheid van het geproduceerde gas is echter relatief laag en wordt meestal gebruikt op plaatsen waar de eisen aan de gaszuiverheid niet bijzonder hoog zijn, zoals kleinschalige industriële productie of bepaalde hulpprocessen. In de voedselverpakkingsindustrie kan stikstof geproduceerd door membraanscheiding worden gebruikt om voedsel te conserveren en oxidatie en bederf van voedsel te voorkomen.

2. Chemische synthesemethode
1. Waterstofsynthese
- In de industrie zijn er veel chemische synthesemethoden voor de productie van waterstof. Onder hen is de water-gas-shiftreactie een gebruikelijke methode. Door steenkool of aardgas als grondstoffen te gebruiken, worden koolmonoxide en waterstof eerst gereageerd om een ​​stoomreformreactie op aardgas te genereren: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H _2\)), en vervolgens wordt de water-gas-shiftreactie \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) gebruikt om de waterstofconcentratie verder te verhogen productie. Waterstof heeft een breed scala aan toepassingen op het gebied van petrochemie, elektronica, enz. Bij het raffinageproces van aardolie wordt waterstof bijvoorbeeld gebruikt voor hydrogeneringsraffinagereacties om onzuiverheden in aardolieproducten te verwijderen.
2. Synthese van ammoniak
- Ammoniak wordt gesynthetiseerd volgens het Haber-Bosch-proces. Stikstof en waterstof reageren onder hoge temperatuur (ongeveer 400-500 graad), hoge druk (150-300 atmosfeer) en een katalysator (meestal een ijzerkatalysator) om ammoniak te produceren. De reactievergelijking is \(N_2+3H_2⇌2NH_3\). Ammoniak wordt vooral gebruikt bij de productie van meststoffen en is een belangrijke grondstof voor stikstofmeststoffen. Daarnaast heeft ammoniak ook veel toepassingen in de chemische en farmaceutische industrie, zoals bij de productie van chemische producten zoals salpeterzuur

III. Elektrolyse
1. Waterelektrolyse om waterstof en zuurstof te produceren
- Waterelektrolyse is de ontleding van water in waterstof en zuurstof onder invloed van gelijkstroom. In de elektrolytische cel wordt water als elektrolyt gebruikt en zijn de elektroden meestal gemaakt van edele metalen (zoals platina) of grafiet. De reactievergelijking is \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\). De waterstof die met deze methode wordt geproduceerd, heeft een hoge zuiverheid en bereikt meer dan 99,9%. Hoewel de kosten voor de productie van waterstof door middel van waterelektrolyse relatief hoog zijn, speelt het een onvervangbare rol in sommige speciale toepassingsgebieden die een extreem hoge waterstofzuiverheid vereisen, zoals de elektronica-industrie, brandstofcellen, enz. elektrolyse kan ook worden gebruikt in een aantal speciale industriële processen of medische doeleinden.