El nitrógeno industrial se refiere al nitrógeno utilizado en los procesos de producción industrial. El nitrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido cuyo símbolo químico es N2. Es químicamente inactivo a temperatura y presión ambiente. La pureza del nitrógeno industrial varía según los diferentes requisitos de aplicación y generalmente está entre el 99% y el 99,999%.
1. Método de preparación
Método de separación de aire criogénico:
Este es uno de los principales métodos de producción de nitrógeno en la industria. Este método se basa en los diferentes puntos de ebullición de los distintos componentes del aire. El aire se congela y se licúa y, a continuación, se utiliza el principio de destilación para separar gases como el oxígeno y el nitrógeno. A presión atmosférica estándar, el punto de ebullición del oxígeno es -183 °C y el punto de ebullición del nitrógeno es -195,8 °C. Después de comprimir, enfriar y licuar el aire, el aire líquido se calienta primero en una torre de destilación y el nitrógeno con un punto de ebullición más bajo se vaporiza y separa primero para obtener nitrógeno de alta pureza. El nitrógeno producido por este método tiene una alta pureza, que puede alcanzar más del 99,999%, y puede cumplir con los requisitos extremadamente altos de pureza de nitrógeno en aplicaciones industriales como la industria electrónica.
Método de adsorción por cambio de presión (PSA):
El método de adsorción por cambio de presión utiliza la diferencia en la capacidad de adsorción de los adsorbentes de oxígeno, nitrógeno y otros componentes en el aire para producir nitrógeno. Los adsorbentes (como los tamices moleculares de carbono) tienen fuertes efectos de adsorción sobre impurezas como el oxígeno bajo presión, pero débiles efectos de adsorción sobre el nitrógeno. Cuando el aire pasa a través de una torre de adsorción llena de adsorbente, las impurezas como el oxígeno se adsorben en la superficie del adsorbente, mientras que el nitrógeno fluye a través de la torre de adsorción. La presión de la torre de adsorción se cambia periódicamente para realizar la regeneración por adsorción y producir nitrógeno de forma continua. Este método tiene las ventajas de contar con un equipo sencillo, un manejo sencillo y un bajo consumo de energía. La pureza del nitrógeno producido suele estar entre el 99% y el 99,99% y se utiliza habitualmente en las industrias química, metalúrgica y otras.
2. Áreas de aplicación
Industria química:
Producción de amoníaco sintético: el nitrógeno es una de las materias primas más importantes para el amoníaco sintético. En el proceso Haber-Bosch para el amoníaco sintético, el nitrógeno y el hidrógeno reaccionan a alta temperatura, alta presión y un catalizador para producir amoníaco. La ecuación de reacción es: $N_{ 2}+3H_{ 2}\rightleftharpoons2NH_{3}$. El nitrógeno industrial proporciona una fuente estable de nitrógeno para el amoníaco sintético. Durante el proceso de producción, el nitrógeno también se puede utilizar para purgar y reemplazar el sistema a fin de evitar que impurezas como el oxígeno se mezclen con hidrógeno inflamable y explosivo y provoquen explosiones.
Gas protector para productos químicos: En la producción química, muchos compuestos orgánicos y productos químicos finos son sensibles a sustancias como el oxígeno y la humedad. Por ejemplo, en la producción de plásticos, caucho, revestimientos y otros productos, se utiliza nitrógeno industrial como gas protector para evitar la oxidación. los productos se dañen durante el procesamiento y se oxiden y humedezcan durante el almacenamiento, garantizando así la calidad y el rendimiento del producto.
Industria electrónica:
Durante el proceso de fabricación de semiconductores se imponen exigencias extremadamente elevadas en cuanto a la limpieza ambiental y la pureza del gas. El nitrógeno industrial se utiliza en la limpieza, grabado, secado y otros procesos durante el proceso de fabricación. Por ejemplo, durante el proceso de limpieza de la oblea de silicio, el nitrógeno puede eliminar las impurezas y la humedad de la superficie de la oblea de silicio y, debido a sus propiedades químicas estables, no reaccionará químicamente con la oblea de silicio. En los procesos de fotolitografía y grabado, el nitrógeno se puede utilizar como gas portador para transportar el gas de reacción a la cámara de reacción y evitar la entrada de aire exterior, garantizando la precisión y confiabilidad del proceso.
Industria metalúrgica:
Producción de acero: En el proceso de fabricación de acero, el nitrógeno se puede utilizar como gas de agitación para la fabricación de acero en convertidores y en hornos eléctricos. Al inyectar nitrógeno en el acero fundido, se puede mejorar la agitación del acero, lo que hace que su composición sea más uniforme. También ayuda a eliminar impurezas como el hidrógeno y el oxígeno del acero y a mejorar su calidad. Además, el nitrógeno también se puede añadir como elemento de aleación en la producción de algunos aceros especiales, como el acero inoxidable y el acero de aleación de alta resistencia, para mejorar las propiedades del acero.
Fundición de metales no ferrosos: Durante el proceso de fundición de metales no ferrosos como el aluminio y el cobre, se puede utilizar nitrógeno para cubrir la superficie de la masa fundida y evitar que el metal se oxide. Por ejemplo, en el proceso de fundición de aluminio, el nitrógeno puede evitar eficazmente que el líquido de aluminio reaccione con el oxígeno del aire para formar alúmina, reducir la pérdida de metal y mejorar la tasa de recuperación del producto.
Industria alimentaria:
Envasado de alimentos: El nitrógeno industrial se utiliza en el envasado de alimentos, principalmente para prolongar la vida útil de los alimentos. Por ejemplo, en el envasado de snacks como patatas fritas y galletas, el relleno con nitrógeno puede eliminar el oxígeno del envase y evitar que los alimentos se oxiden, se deterioren y se humedezcan. Porque el oxígeno puede provocar la oxidación de las grasas, el crecimiento microbiano y otros problemas en los alimentos, y el nitrógeno, como gas inerte, puede evitar eficazmente estas situaciones. Al mismo tiempo, el nitrógeno también puede hacer que el envase se expanda, actuando como un amortiguador para proteger los alimentos de aplastamientos y daños durante el transporte y el almacenamiento.
Industria de bebidas: El nitrógeno también se utiliza en el proceso de producción de cerveza, bebidas carbonatadas y otras bebidas. Por ejemplo, durante el proceso de llenado de cerveza, agregar una cantidad adecuada de nitrógeno puede mejorar el sabor de la cerveza y hacer que la espuma de la cerveza sea más delicada y perdurable.
