Азот: что это такое и где он используется?

Азот: что это такое и где он используется?

Мало, кто знает, что азот по важности для человека занимает третье место, после кислорода и водорода. Во-первых, потому что газ является главной составляющей атмосферного воздуха (в пределах 75% всего объема). И во-вторых, азот широко используется во многих сферах деятельности человека, начиная от медицины и заканчивая производством взрывчатых устройств. Не случайно в 1992 году авторитетное издание Science присудило оксиду азота (NO) почетную премию «Молекула года».

Чтобы иметь неограниченный источник его получения и обеспечить непрерывность технологических процессов, используют специальное оборудование – генераторы азота, которые позволяют получать данный газ требуемой чистоты.

Что такое азот?

Азот или Nitrogenium – это инертный двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха: его невозможно увидеть, если газ не заморожен и не сжижен. Первооткрыватели азота поначалу называли вещество, как «удушливый», «испорченный или флогистированный воздух», «атмосферный мофетт». Эти и другие названия употреблялись вплоть до выхода новой химической номенклатуры, авторы которой решили остановиться на слове «азот», которое, по их мнению, полностью отображало основное свойство вещества - непригодность для дыхания и жизни.

Применение азота

В отличие от кислорода азот не вступает в реакции с другими газообразными веществами. Его атомы сложнее разрываются: им требуется больше энергии для разрушения и взаимодействия с другими веществами, за счет чего обеспечивается инертная среда, необходимая для многих процессов. Благодаря этому качеству, азот применяют в областях, где необходимо исключить реакции быстрого и медленного окисления. Например, при изготовлении электронных плат и полупроводников могут возникать процессы окисления и проявляться в виде коррозии. Другим примером медленного окисления является производство напитков и продуктов питания. В этом случае азот применяют для сохранности внешнего вида продуктов и увеличения сроков их хранения.

Примером быстрого окисления является процесс горения. Как известно, для распространения огня требуется кислород. Чтобы исключить вероятность возникновения пожароопасных ситуаций из резервуаров на промышленных предприятиях удаляют кислород с помощью азота, а также используют его для транспортировки взрывоопасных соединений. Стационарные или мобильные генераторы азота позволяют получать данный газ объемом от 5 до 5 тыс.нм.куб в час при чистоте до 99,95% и эффективно тушить пожары.

Источники получения азота

Физико-химические свойства азота обуславливают его широкое применение во многих отраслях жизнедеятельности человека. Для непрерывного протекания технологических процессов требуется постоянное наличие инертного газа требуемой степени чистоты. С это целью используют три основных источника его получения:

1. собственное производство газа в генераторных установках;
2. аренда емкости и подача азота на месте;
3. приобретение баллонов с жидким азотом.

Самостоятельная генерация азота для промышленных нужд – к такому решению приходят многие компании, в технологических процессах которых требуется постоянное применение данного газа. Получение азота посредством работы собственных генераторов является наиболее экономически выгодным способом, так как:

• инертный газ получается требуемой чистоты,
• отсутствуют транспортные расходы на его доставку,
• исключаются отходы, вызванные испарением при замене баллонов,
• использовать собственное оборудование гораздо безопаснее, чем баллоны под высоким давлением,
• постоянный источник азота в требуемом объеме,
• обеспечивается непрерывность технологических процессов, и исключаются простои.

Существует два типа генераторных установок для получения азота:

• оборудование, использующее метод адсорбции при переменном давлении. Получаемый азот имеет очень высокую степень чистоты до 99,999%
• генераторы мембранного типа – степень очистки менее 90%.

Каждый из данных способов получения газа имеет свои преимущества, поэтому выбор генераторов азота осуществляется в зависимости от нужд конкретного предприятия.

Какие существуют варианты практического применения газообразного азота по отраслям?

• Медицина и фармацевтика.Наибольшее применение инертного газа в медицине получило для проведения операций (удаление новообразований на коже, рубцов), процедур омоложения, хранения биоматериала, проведения научных опытов, транспортировки медицинских препаратов. В медицине и фармакологии хранят азот в специальных сосудах – баллонах Дьюара.
• Горно-добывающая промышленность. Для тушения пожаров в шахтах и глубинных туннелях, создания инертной «подушки» и поддержания внутрипластового давления в процессе добычи полезных ископаемых применяют азот.
• Лазерная резка металлов. Для получения ровного и точного среза и защиты материалов от окисления используют лазерную резку с использованием азота. Данный метод исключает перегрев материалов и оборудования, появление окалины на материалах, а сама скорость выполнения операции намного превосходит скорость применения других видов резки. С помощью азота выполняют резку керамики, титана, пластика, алюминия, различных типов стали.
• Нефтегазовая и химическая промышленность. Данный газ широко применяют во многих технологических процессах на химических предприятиях, например, для синтеза аммиака, создания инертной среды при проведении химических реакций, переработки высокооктановых компонент, конверсии метана. В металлургии он необходим в процессах спекания порошковым металлом, нейтральной закалки, цементации, для защиты черных и цветных металлов во время отжига. Азот незаменим при освоении скважин для быстрого и безопасного снижения давления, обеспечения требуемого уровня фонтанирования полезных ископаемых, быстрого опорожнения скважин, при гашении пожаров, для поддержания требуемого давления в цистернах с газом или нефтью, очистки технологических резервуаров, охлаждения электродов и тд.
• Целлюлозно-бумажная промышленность. Инертный газ используют для полимеризации лаковых покрытий, в процессах обработки картона и бумаги, повышения качества обработки сырья. Его применение позволяет снизить уровень выбросов летучих соединений в атмосферу, снизить расходы на применение фотоинициаторов.
• Пищевое производство. Азот применяется в процессах упаковки пищевых продуктов, розлива негазированных напитков, растительных масел, защиты жиросодержащих продуктов от быстрого окисления, для создания инертной среды внутри тары и увеличения сроков хранения. В овощехранилищах с его помощью создают модифицированную атмосферу с целью исключения порчи, развития болезнетворных микроорганизмов, для длительного хранения продуктов.
• СТО. В автосервисах газ применяют для закачки в автошины. Данный метод позволяет увеличить срок эксплуатации и улучшить работу шин, предотвратить появление коррозии на металлических элементах, исключить самовозгорание шин, снизить потребность в подкачке, контролировать давление внутри шин.
• Электроника. Данный инертный газ применяют для защиты сложных компонентов, микросхем и оборудования от окисления, для снижения температуры воздуха в производственных процессах, продувки и очистки трубопроводов и систем технологического оборудования, для пайки и производства печатных плат.
• Агропромышленный сектор. Азот участвует в производстве ценного балластного удобрения для растений – карбамида, который также используют в качестве компонента для животноводческих кормов. Газ применяют для производства аммиака и продуктов на его основе, калиевой селитры.