Азот, кисень, інертні гази - все це найцінніші матеріали для хімічної промисловості, інших видів виробництв, а також медицини. Сировина для їх отримання не треба добувати з надр: їх джерело - атмосферне повітря, який постійно оточує нас. У ньому 21% кисню, 78% азоту, крім цього в атмосфері присутній вуглекислий газ і суміш інших газів. Однак щоб виділити з природної суміші продукт в чистому вигляді, необхідно створити ціле виробництво. Подивитися на одне з таких виробництв нас запросила компанія Air Liquide.

Air Liquide - найстарша французька фірма, створена в 1902 році. Її засновником став Жорж Клод - бізнесмен і підприємець, який отримав неофіційний титул «французького Едісона». Йому належить безліч винаходів, серед яких, наприклад, неонова реклама. Однак, мабуть, головним його досягненням слід вважати розробку технології скраплення повітря з подальшим поділом його на складові гази. З тих пір технологія розвивалася і вдосконалювалася, і в наші дні Air Liquide працює по всьому світу, в тому числі і в Росії. Одне з виробництв з розділення повітря створено поблизу міста Кстово Нижегородської області. Підприємство займає невелику територію і обслуговує в основному знаходиться поруч хімічне виробництво. Зокрема, азот використовується для продування обсягів, де можуть зібратися вибухонебезпечні суміші. Виробництво поставляє замовнику кисень, азот і аргон як в скраплена, так і в газоподібному формі.

Як це влаштовано 1. Охолодження повітря і виробництво чистого азоту. Вхідне повітря стискається до тиску близько 6,7 бар. З повітря видаляється вода і CO2, щоб уникнути їх замерзання в теплообміннику. Повітря проходить через теплообмінник і надходить у нижню частину колони середнього тиску при температурі -173 градусів. Деяка кількість рідкого азоту з основного конденсатора-випарника спускається вниз по колоні. Цей зустрічний потік змушує кисень і аргон конденсуватися, відділяючись від йде вгору пара. В результаті рідина, що містить в основному кисень, накопичується на дні колони високого тиску, звідки надходить в колону низького тиску. Результат: При тиску 6 бар проводиться чистий азот. Інша його частина конденсується в основному конденсаторі-випарнику. 2. Рідина, багата киснем, охолоджується шляхом зниження тиску. Вона подається в середню частину колони низького тиску і стікає вниз, після чого потрапляє в основний конденсатор-випарник. Тут вона закипає, так що азот і аргон (найбільше легкі компоненти), а також деяку кількість кисню починає підніматися вгору. Спускається назустріч холодний рідкий азот змушує конденсуватися йде вгору кисень, і той стікає на дно колони у вигляді рідини. Аргон акумулюється десь на третині шляху вгору, маючи при цьому 10% -ву чистоту. Якщо виробництво вимагає отримання чистого аргону, він відкачується в іншу, спеціальну колону. Холодний невикористаний азот повертається в атмосферу через теплообмінник. Результат: проводиться чистий кисень при температурі -179 градусів і тиску 1,6 бар. 3. Циклічний процес для економного використання енергії. Цикл починається заново - це основне винахід Жоржа Клода. Газоподібний азот виходить з колони середнього тиску і проходить через розширювач, де тиск падає з 6 до 1 бару. В результаті температура падає, і вхідне повітря охолоджується в теплообміннику до -173 градусів перед входженням в колону середнього тиску. Основний випарник відзначений «*». Випарник надає подвійний ефект: 1. Газоподібний азот потрапляє в цей теплообмінник при температурі -177 градусів. Оскільки азот трохи «тепліше» рідкого кисню в колоні низького тиску (-179 градусів), він змушує википати легші фракції, очищаючи кисень. 2. При температурі -179 градусів рідкий кисень на дні колони низького тиску зріджується азот при тиску 6,7 бар, так як під тиском температура кипіння азоту стає значно вище. Далі рідкий азот розділяється на два потоки і подається в верхню частину колони низького тиску і колони середнього тиску.

Процес виробництва заснований на базових принципах фізики. Повітря забирається з атмосфери, нагнітається в установку за допомогою компресорів, в результаті чого зростає його тиск, очищається за допомогою адсорбенту від водяної пари і вуглекислого газу і охолоджується в теплообміннику шляхом випаровування рідкого азоту.

Процес поділу газів з точки зору технології - це звичайна ректифікація, тобто поділ рідкої суміші на фракції, кожна з яких має свою температуру кипіння. При підвищенні тиску температура кипіння зростає, при зниженні тиску вона падає.

Стаття «Секрет видобутку газів» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №6, червень 2015 ).