1. 2-Соотв. Нижняя и верхняя ректификац. Колонны, 3-дополнит, колонна, 4-конденсатор; б-блок выделения азота, где 1-ректификац. Колонна, 2 - конденсатор

Адсорбционный метод. Основан на избирательной адсорбции молекул различных газов. Селективная адсорбция N2 наиболее сильно проявляется на синтетических цеолитах типа СаА, у которых соотношение А = SiO2/Al2O3 не превышает 2, а также на природных морденитах и клиноптилолитах. Движущая сила процесса - перепад давлений газа над цеолитом при адсорбции и десорбции. Адсорбцию проводят, как правило, при 20-30°С и 0,1-0,6 МПа, десорбцию - при 20-30°С снижением давления до атмосферного с последующей промывкой частью продукта или путем вакуумирования. Целевой продукт - воздух, обогащенный О2 (30-95%). Он образуется в газовой фазе и отбирается из ВРУ под тем же давлением, что и воздух, который поступает на разделение. Продукт, содержащий до 80% О2, обычно производят в одну ступень, более концентрированный экономичнее получать в две ступени. Коэффициент извлечения продукта из воздухазависит от требуемой степени его чистоты и давления процесса и колеблется в пределах 0,3-0,8; при этом расход энергии составляет от 0,2 до 1,0 кВт*ч/м3 продукта. .

В ВРУ с селективной адсорбцией О2 при температуре окружающей среды применяют активные угли типа молекулярных сит (напр., угли, получаемые карбонизацией поливинилиденхлорида). Преимущественная адсорбция О2 происходит вследствие большей скорости диффузии его в поры угля, диаметр которых соизмерим с диаметром молекул О2 (2,8-10-10 м). Более крупным молекулам N2 для проникновения в поры угля требуется гораздо больше времени. Например, для некоторых типов углей объемное насыщение N2 через 2 мин после контакта адсорбента с воздухом составляет лишь 2%, для О2 - 40%; через 5 мин-соотв. 4 и 77%. В результате основная масса кислорода оказывается адсорбированной, а азот, оставшийся в газовой фазе, отводится из адсорбера под давлении 0,1-0,6 МПа как один из продуктов разделения, содержащий 0,5-3,0% О2. Затем давление снижают до атмосферного и отбирают др. продукт - адсорбат, обогащенный кислородом. При этом в одноступенчатом процессе получают продукт, содержащий 50-60% О2, в двухступенчатом - 90-95%. Удельная производительность ВРУ по обогащенному воздуху достигает ок. 30 м3/ч на 1 м3 адсорбента. .

Адсорбционный метод широко применяется для разделения смесей Ne - Не и Кг - Хе. Смесь, содержащую до 50% неона и гелия, предварительно очищают от N2 с помощью активного угля при температурах от -190 до -200 °С и вводят в адсорбер, где на слое угля подвергают термическому разделению. При этом многократно происходят десорбция в нагретых слоях и последующая адсорбция в холодных, в результате чего Ne практически полностью вытесняет Не из адсорбированной фазы. Сначала из адсорбера выводится почти чистый Не, затем фракция He-Ne и, наконец, чистый Ne, содержащий 0,1-0,2% Не. Коэффициент извлечения Ne в зависимости от степени его чистоты составляет 0,6-0,8. .

Первичный концентрат Kr-Хе, отбираемый из ВРУ, представляет собой смесь кислорода с 0,1-0,2% криптона и ксенона и примерно таким же кол-вом углеводородов. Для предотвращения взрывов этот концентрат очищают от углеводородов, окисляя их на катализаторе (например, активном А12О3) при 650-750°С и поглощая цеолитом в адсорбере продукты окисления. Затем концентрат подвергают ректификации для очистки от О2, благодаря чему содержание смеси Кr-Хе в исходном концентрате увеличивается в 500-1000 раз. Одновременно повышается содержание углеводородов, поэтому необходима повторная очистка от них на катализаторах и от продуктов окисления - на цеолитах. Далее смесь Kr-Хе сжижают и разделяют в аппарате двукратной ректификации(см. выше). Применение адсорбционного метода позволяет существенно упростить по сравнению с традиционными методами обогащения технологию получения Кг и Хе.

Криогенная ректификация экономичнее, чем адсорбция, при получении продуктов разделения в больших масштабах. Для ВРУ малой и средней производительности упомянутые методы сопоставимы по энергозатратам; по металлоемкости, простоте конструкции, удобству обслуживания и возможности полной автоматизации установок адсорбционный метод значительно превосходит криогенное ректификационное разделение воздуха.

Диффузионный метод. Заключается в разделении компонентов воздухаблагодаря различию между их коэффициент газопроницаемости через специальные мембраны. Движущая сила процесса - разность парциальных давлений компонентоввоздухаи диффундирующей смеси по обе стороны мембраны. По одной схеме воздух, очищенный от пыли на фильтре, направляется вентилятором при атм. давлении в мембранный аппарат, где в зоне под мембраной с помощью вакуум-насоса создается разрежение; по другой - вместо вентилятора используют компрессор, который подает воздух в аппарат под повышенном давлением. В обоих случаях воздух в аппарате разделяется на два потока: проникающий (пермеат) и не проникающий (нонпермеат) через мембрану. Кислород проникает через мембрану в несколько раз быстрее, чем азот, поэтому пермеат обогащается кислородом, а нонпермеат - азотом.

Содержание О2 в отбираемой смеси зависит от соотношений потоков и давлений воздухаи пермеата, а также от разделяющей способности (селективности) мембраны. При максимальных упомянутых соотношениях содержание О2 в пермеате возрастает; для получения смеси, обогащенной N2, необходимо поддерживать минимальное соотношение потоков и макс. соотношение давлений воздуха и пермеата. Содержание О2 и N2 в продуктах разделения тем больше, чем выше селективность мембран. В промышленности применяют мембраны из поливинилтриметилсилана, обладающие хорошей селективностью и высокой газопроницаемостью.

Диффузионный метод разделение воздуха нашел практическое применение в тех случаях, когда требуются относительно небольшие количества воздуха, умеренно обогащенного О2: в медицине для кислородной терапии, в рыборазведении для насыщения кислородомводы прудов и др. водоемов, на электростанциях при сжигании газообразных топлив (главным образом природного газа в специальных газогенераторах для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую), при биологической очистке сточных вод, в городском хозяйстве при сжигании бытовых отходов и др. Полученный этим методом 90-97%-ный N2 используется для создания инертной среды во многих химико-технологических процессах, а также при хранении и транспортировке горючих и взрывоопасных веществ, при хранении плодов, овощей, семян и т.д. См. такжеЗащитный газ.

Разделение воздуха с применением мембран осуществляется непрерывным способом, при температуре окружающей среды без фазовых превращений, что наряду с простотой аппаратурного оформления определяет экономичность этого метода. .

Лит.: Разделение воздухаметодом глубокого охлаждения, под ред. В.И. Епифановой, Л.С. Аксельрода, 2 изд., т. 1-2, М., 1973; Хванг С.-Т., Каммермейер К., Мембранные процессы разделения, пер. с англ., М., 1981; Беляков В. П., Криогенная техника и технология, М., 1982; Кельцев Н. В., Основы адсорбционной техники, 2 изд., М., 1984. В.П.Беляков.