Аргон в современном мире с каждым днем становится востребованнее и важнее. Этот газ «работает» в стеклопакетах окон и лазерах, в лампах накаливания и сварке металлов. Он оберегает пищевые продукты от гнилостных бактерий и помогает тушить пожары. Поскольку сфер применения этого инертного газа становится все больше, более важным становится и вопрос его получения.
После того, как Релей обнаружил в опытах с воздухом ранее не изученный газ, он вместе с Рамзаем начал серию экспериментов по исследованию его свойств. Для этого требовалось получить неисследованный газ в достаточном количестве. Выделяли его двумя способами. При пропускании электрических искр кислород связывался с азотом, делая возможным выделение аргона. Другим способом было поглощение азота раскаленным магнием. На сегодняшний день, промышленного значения ни один из этих способов не имеет.
Современная промышленность чаще всего получает аргон низкотемпературной ректификацией воздуха. Это еще и один из наиболее применяемых способов получения чистых кислорода и азота. Аргон при этом получается как побочный продукт. В промышленном производстве аммиака тоже в качестве побочного продукта получается аргон.
Современные технологии получения аргона.
Криогенный способ
Большую часть аргона, который используется для разнообразных целей в разных отраслях промышленности, получено в воздухоразделительном аппарате, криогенным способом разделения сжиженного воздуха. При этом происходит разделение его на составляющие газы. Немалая доля получаемого в промышленности кислорода и азота получается именно этим способом.
Принцип работы криогенной ректификационной колонны основывается на разнице в температурах кипения газов, составляющих атмосферный воздух. Легкокипящие вещества, такие как гелий и неон, оказываются в виде пара, скапливающегося в верхней части колонны. Более труднокипящие криптон и ксенон остаются в виде жидкости внизу. Аргон вместе с кислородом и азотом относится к средней фракции. Поскольку она всего лишь на несколько градусов отличается от их температур кипения, это несколько осложняет процесс его получения.
Поэтому примерно на уровне одной трети высоты основной колонны располагается патрубок, через который в специальную колонну выводится фракция аргона, содержащая примерно десять – двенадцать процентов этого газа. Здесь производится повторная ректификация. Азот, к более летучее вещество уходит вверх колоны, а более «тяжелый» кислород опускается вниз.
После частичного отделения кислорода и азота, остается смесь, содержание аргона в которой колеблется от 94 до 85 процентов. Такой «сырой» аргон подлежит доочистке. Примеси азота, составляющие от трех до пяти процентов смеси, удаляются ректификацией. А три – десять процентов кислорода убираются адсорбцией или химическим способом, связывая его водородом или серой. В результате чистота полученного аргона достигает 99,99 процентов.
Побочный продукт при производстве аммиака
Еще один источник получения аргона – это аммиачное производство. В данном случае этот газ является отходом – примесью, остатком, извлекаемой из азота, необходимого для синтеза аммиака. Азот, который служит сырьем для производства аммиака, не предполагает такой очистки, как избавление его от примеси аргона. После взаимодействия азота и водорода с образованием аммиака, он просто остается как не прореагировавший остаток.
Мембранная или диффузионная технология
Эта технология зародилась еще в семидесятых годах прошлого века. Это экономически выгодный способ получения газов, выделением их из воздуха. Принцип работы этого метода состоит в том, что газовая смесь, в данном случае воздух проходит сквозь мембрану.
Атомы и молекулы разных газов различаются размерами. Мембрана пропускает только молекулы или атомы до определенного диаметра, более крупные остаются по другую ее сторону. В современной промышленности для разделения газов применяют половолоконные мембраны последнего пятого поколения, обладающие лучшими качествами по сравнению с их предшествующими версиями.
Адсорбционная технология
В пятидесятых годах двадцатого века появился адсорбционный способ разделения газовых смесей. Он основан на способности адсорбирующих веществ селективно поглощать тот или иной газ. В основном этим способом выделяют из воздуха азот и кислород. Для осуществления этого разделения в основном используют синтетические цеолиты, а также природные минералы: клиноптилолит и морденит.
К сожалению, получение аргона по мембранной и адсорбционной технологии еще не достигло такого совершенства, чтобы можно было использовать их для получения аргона в промышленных масштабах. Оба эти способа имеют большой потенциал, и, вероятнее всего получение все больших объемов относительно дешевого аргона станет возможно именно с их использованием.
Плюсы и минусы технологий получения аргона.
Привычная криогенная ректификационная технология выделения аргона из атмосферного воздуха позволяет получать его в больших объемах. Но, дороговизна и сложность получения аргона таким способом вдохновляет изобретателей на поиски более удобного и дешевого способа получать этот газ в нужном количестве. Все возрастающие потребности в этом газе стимулируют новые исследования в этой отрасли. Развивающиеся в настоящее время адсорбционный и мембранный методы получения
Получение аргона мембранным и адсорбционным методом дешевле. Но, создание крупных высокопроизводительных адсорбционных или диффузионных установок для получения аргона затруднено физическими свойствами самих материалов.
Интересные факты
По объему и массе, после азота и кислорода, аргон самый распространенный газ в атмосфере. В атмосфере Земли его приблизительно 1,3 процента от всей ее массы и 0,9 процента от объема.
Земная атмосфера предоставляет практически неисчерпаемый источник аргона. Кроме того, почти весь использованный человечеством аргон снова возвращается в атмосферу в неизменном с точки зрения физики и химии виде. За исключением небольшого количества атомов, разбитых в ходе исследований, проводимых с целью получить новые изотопы и вещества.
На территории Украины чистый аргон и другие промышленные газы можно приобрести в Компании «DP Air Gas». Кроме того, Компания осуществляет доставку газов по всей территории Украины. А также обслуживание газового оборудования. Более подробную информацию об ассортименте и услугах предлагаемых «DP Air Gas», можно найти здесь.
