Nêu cách lấy oxi từ không khí

Oxy được sản xuất như thế nào?

Từ động vật và thực vật

Oxy có thể được sản xuất từ ​​một số vật liệu, sử dụng một số phương pháp khác nhau. Phương pháp tự nhiên phổ biến nhất là quang hợp, trong đó thực vật sử dụng ánh sáng mặt trời làm chuyển đổi khí carbon dioxide trong không khí thành ôxy. Điều này làm giảm quá trình hô hấp, trong đó động vật chuyển đổi oxy trong không khí trở lại thành carbon dioxide.

Phương pháp thương mại

Phổ biến nhất để sản xuất oxy là tách không khí bằng cách sử dụng quy trình chưng cất siêu lạnh hoặc quá trình hấp phụ hút chân không. Nitơ và Argon cũng được tạo ra bằng cách tách chúng ra khỏi không khí.

Oxy cũng có thể được sản xuất như là kết quả của một phản ứng hóa học trong đó oxy được giải phóng khỏi một hợp chất hóa học và trở thành khí. Phương pháp này được sử dụng để tạo ra một lượng oxy hạn chế để hỗ trợ cuộc sống trên tàu ngầm, máy bay và tàu vũ trụ.

Hydrogen và oxy có thể được tạo ra bằng cách truyền một dòng điện qua nước và thu thập hai loại khí khi chúng bong bóng. Các dạng hiđrô ở cực âm và oxy tại cực dương. Phương pháp này gọi là electrolysis và tạo ra hydro và oxy rất tinh khiết. Nó sử dụng một lượng lớn năng lượng điện, tuy nhiên, và không phải là kinh tế cho sản xuất khối lượng lớn.

Quy trình sản xuất khí Oxy

Không giống như khí Heli được sản xuất từ các mỏ, hầu hết ôxy thương mại được sản xuất bằng cách sử dụng biến thể của quá trình chưng cất cryo được phát triển ban đầu vào năm 1895. Quá trình này tạo ra oxy 99% tinh khiết. Gần đây hơn, quá trình hấp phụ hút chân không hiệu quả hơn đã được sử dụng cho một số lượng hạn chế các ứng dụng mà không cần oxy với độ tinh khiết hơn 90-93%.

Dưới đây là các bước được sử dụng để sản xuất oxy cấp thương mại từ không khí bằng cách sử dụng quy trình chưng cất cryo.

Nguyên lý

Bởi vì quá trình này sử dụng một bộ phận đông lạnh cực lạnh để tách không khí, tất cả các tạp chất có thể đông lại như hơi nước, carbon dioxide và các hydrocarbon nặng trước tiên phải được loại bỏ để ngăn không cho chúng đóng băng và cắm ống dẫn nhiệt.

Máy nén đa tầng không khí được nén tới khoảng 94 psi (650 kPa hoặc 6,5 atm). Sau đó nó đi qua bộ làm mát bằng nước làm nguội nước Trước khi chế biến, không khí được xử lý trước để loại bỏ các tạp chất làm tắc nghẽn đường dẫn. Một khi được xử lý trước, không khí được đưa vào chưng cất phân đoạn. Trong quá trình chưng cất phân đoạn, các thành phần này dần dần được tách ra trong nhiều giai đoạn. Bởi vì tất cả quá trình chưng cất hoạt động theo nguyên tắc sôi một chất lỏng để tách một hoặc nhiều thành phần, cần phải có bộ phận nấm để cung cấp nhiệt độ rất thấp cần thiết cho các thành phần khí. Một khi oxy lỏng được tách ra, nó được tinh chế và lưu trữ.

Quy trình

Không khí đi qua một adsorber sàng phân tử. Chất hấp phụ chứa các chất hấp phụ zeolit ​​và silica gel, có thể giữ carbon dioxide, hydrocarbon nặng hơn và bất cứ dấu vết nào của hơi nước. Định kỳ chất hấp thụ được rửa sạch để loại bỏ các tạp chất bẫy. Điều này thường đòi hỏi hai adsorbers chạy song song, để có thể tiếp tục xử lý luồng không khí, trong khi một trong những khác là flushed.

Tách

Không khí được phân tách thành các thành phần chính – nitơ, oxy, và argon – thông qua quá trình chưng cất được gọi là chưng cất phân số. Đôi khi tên này được rút ngắn thành phân đoạn, và các cấu trúc dọc được sử dụng để thực hiện việc tách này được gọi là phân đoạn cột. Trong quá trình chưng cất phân đoạn, các thành phần này dần dần được tách ra trong nhiều giai đoạn. Ở mỗi giai đoạn, nồng độ, hoặc phần nhỏ, của mỗi thành phần sẽ tăng lên cho đến khi việc tách hoàn thành.

Bởi vì tất cả quá trình chưng cất hoạt động theo nguyên tắc sôi một chất lỏng để tách một hoặc nhiều thành phần, cần phải có bộ phận nấm để cung cấp nhiệt độ rất thấp cần thiết cho các thành phần khí.

Giãn

Luồng không khí đã xử lý trước được phân chia. Một phần nhỏ của không khí được chuyển qua một máy nén, nơi áp lực của nó tăng lên. Sau đó nó được làm lạnh và được phép mở rộng đến áp suất gần như không khí. Sự giãn nở này nhanh chóng làm lạnh không khí, được bơm vào phần nồi hơi để cung cấp nhiệt độ lạnh yêu cầu cho hoạt động.

Dòng khí chính đi qua một bên của một bộ trao đổi nhiệt tấm ván hoạt động theo chu trình, trong khi oxy và nitơ rất lạnh từ phần nấm đông qua mặt kia. Luồng không khí đến được làm mát, trong khi oxy và nitơ được làm ấm. Trong một số hoạt động, không khí có thể được làm mát bằng cách đưa nó qua van giãn nở thay vì bộ trao đổi nhiệt thứ hai. Trong cả hai trường hợp, nhiệt độ không khí được hạ xuống đến điểm mà oxy, có điểm sôi cao nhất, bắt đầu hoá lỏng.

Dòng khí – bây giờ là một phần chất lỏng và một phần khí – đi vào phần đế của cột phân tách áp suất cao. Khi không khí hoạt động theo chiều ngược lại cột, nó sẽ mất thêm nhiệt. Oxy tiếp tục lỏng, tạo thành một hỗn hợp giàu oxy ở dưới cùng của cột, trong khi phần lớn khí nitơ và argon chảy vào đầu như một hơi.

Các hỗn hợp oxy lỏng, được gọi là oxy lỏng thô, được rút ra từ phía dưới của cột phân đoạn thấp hơn và được làm lạnh thêm trong các subcooler. Một phần của dòng này được phép giãn nở gần áp suất khí quyển và được đưa vào cột phân tách áp suất thấp. Khi oxy lỏng thô hoạt động theo cột xuống, phần lớn lượng nitơ còn lại và argon riêng biệt, để lại 99,5% oxy tinh khiết ở dưới cùng của cột.

Trong khi đó, hơi nitơ / argon từ đỉnh của cột áp suất cao được làm mát thêm trong các subcooler. Hơi hỗn hợp được phép giãn nở gần áp suất khí quyển và được đưa vào đầu cột phân tách áp suất thấp. Nitơ, có điểm sôi thấp nhất, chuyển thành khí đầu tiên và chảy ra ngoài đỉnh của cột như 99,955% nitơ tinh khiết.

Argon, có điểm sôi giữa oxy và nitơ, vẫn còn hơi và bắt đầu chìm xuống khi đáy đun sôi. Khi hơi argon đạt đến độ hai phần ba chiều xuống cột, nồng độ argon đạt cực đại khoảng 7-12% và được rút ra thành một cột phân đoạn thứ ba, nơi nó được tuần hoàn và tinh chế hơn nữa. Sản phẩm cuối cùng là một dòng argon thô chứa 93-96% argon, oxy từ 2-5% và lượng nitơ cân bằng với các dấu hiệu của các loại khí khác.

Thanh lọc

Oxy ở dưới cùng của cột áp suất thấp là khoảng 99,5% tinh khiết. Các đơn vị chưng cất cryo mới hơn được thiết kế để phục hồi lại lượng argon từ cột áp suất thấp, và điều này làm tăng độ tinh khiết oxy lên khoảng 99,8%.

Nếu cần độ tinh khiết cao hơn, có thể thêm một hoặc nhiều cột phân đoạn bổ sung cùng với cột áp suất thấp để tinh chỉnh thêm sản phẩm oxy. Trong một số trường hợp, oxy cũng có thể được truyền qua chất xúc tác để oxy hóa bất kỳ hydrocacbon nào. Quá trình này sản sinh ra khí carbon dioxide và hơi nước, sau đó được bắt và loại bỏ.