Teollisuuskaasujen tuotantomenetelmät

I. Ilmanerotusmenetelmä
1. Kryogeeninen tislausmenetelmä
- Tämä on yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä teollisuuskaasujen valmistuksessa. Se perustuu eri kaasukomponenttien kiehumispisteiden eroihin ilmassa. Ensin ilma puristetaan, jäähdytetään ja puhdistetaan epäpuhtauksien, kuten veden, hiilidioksidin jne. poistamiseksi. Esimerkiksi hiilidioksidi ja vesi adsorboidaan molekyyliseuloilla ja sitten ilma jäähdytetään lähes nestemäiseen tilaan. Alhaisissa lämpötiloissa eri kaasut alkavat erottua, kuten typpi, joka kiehuu -195,8 asteessa ja happi, joka kiehuu -183 asteessa. Tislaustornin kautta kevyempi typpi rikastuu tornin yläosassa ja raskaampi happi tornin pohjassa. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa suuressa mittakaavassa erittäin puhtaita kaasuja, kuten happea, typpeä ja argonia. Tätä tekniikkaa käytetään laajasti monilla teollisuuden aloilla, kuten teräs-, kemian- ja muilla teollisuudenaloilla, tarjoamaan niille tarvittavat teollisuuskaasut.
2. Kalvoerotusmenetelmä
- Kalvoerotusmenetelmässä hyödynnetään erityisten polymeerikalvojen eri kaasujen läpäisevyyden eroa kaasujen erottamiseen. Kun ilma kulkee kalvomoduulin läpi tietyssä paineessa, eri kaasut kulkevat kalvon läpi eri nopeuksilla. Esimerkiksi happi tunkeutuu kalvon läpi nopeammin kuin typpi. Tämän menetelmän etuna on yksinkertainen käyttö ja kompakti laitteisto. Tuotetun kaasun puhtaus on kuitenkin suhteellisen alhainen ja sitä käytetään yleensä paikoissa, joissa kaasun puhtausvaatimukset eivät ole erityisen korkeat, kuten pienimuotoisessa teollisessa tuotannossa tai joissakin apuprosesseissa. Elintarvikepakkausteollisuudessa kalvoerotuksella tuotettua typpeä voidaan käyttää elintarvikkeiden säilöntään sekä ruoan hapettumisen ja pilaantumisen estämiseen.

2. Kemiallinen synteesimenetelmä
1. Vedyn synteesi
- Teollisuudessa on monia kemiallisia synteesimenetelmiä vedyn tuottamiseksi. Niistä vesi-kaasu-siirtoreaktio on yleinen menetelmä. Hiiltä tai maakaasua raaka-aineena käytettäessä hiilimonoksidi ja vety saatetaan ensin reagoimaan, jolloin muodostuu (kuten maakaasun höyryreformointireaktio: \(CH_4 + H_2O→CO+ 3H) _2\)), ja sitten vesi-kaasu-siirtoreaktiota \(CO + H_2O→CO_2+ H_2\) käytetään lisäämään vedyn määrää edelleen tuotantoa. Vetyllä on laaja valikoima sovelluksia petrokemian, elektroniikan jne. aloilla. Esimerkiksi öljynjalostusprosessissa vetyä käytetään hydrausjalostusreaktioissa öljytuotteiden epäpuhtauksien poistamiseksi.
2. Ammoniakin synteesi
- Ammoniakki syntetisoidaan Haber-Boschin prosessilla. Typpi ja vety reagoivat korkeassa lämpötilassa (noin 400-500 astetta), korkeassa paineessa (150-300 ilmakehää) ja katalyytin (yleensä rautakatalyytin) alaisena muodostaen ammoniakkia. Reaktioyhtälö on \(N_2+3H_2⇌2NH_3\). Ammoniakkia käytetään pääasiassa lannoitteiden valmistuksessa ja se on tärkeä typpilannoitteiden raaka-aine. Lisäksi ammoniakilla on monia sovelluksia myös kemian- ja lääketeollisuudessa, kuten kemiallisten tuotteiden, kuten typpihapon, valmistuksessa.

III. Elektrolyysi
1. Veden elektrolyysi vedyn ja hapen tuottamiseksi
- Veden elektrolyysi on veden hajoamista vedyksi ja hapeksi tasavirran vaikutuksesta. Elektrolyyttikennossa vettä käytetään elektrolyyttinä, ja elektrodit on yleensä valmistettu jalometalleista (kuten platinasta) tai grafiitista. Reaktioyhtälö on \(2H_2O→2H_2↑+O_2↑\). Tällä menetelmällä tuotettu vety on erittäin puhdasta ja saavuttaa yli 99,9 %. Vaikka vedyn tuottamisen kustannukset vesielektrolyysillä ovat suhteellisen korkeat, sillä on korvaamaton rooli joillakin erikoissovellusalueilla, jotka vaativat erittäin korkeaa vedyn puhtautta, kuten elektroniikkateollisuudessa, polttokennoissa jne. elektrolyysiä voidaan käyttää myös joissakin erityisissä teollisissa prosesseissa tai lääketieteellisissä tarkoituksiin.