Σειρά αζώτου (II) Παρασκευή αζώτου

Nitrogen Production Manufacturers - China Nitrogen Production Factory & Suppliers (xinfatools.com)

Το άζωτο είναι το κύριο συστατικό του αέρα, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 78% του αέρα. Το στοιχειακό άζωτο N2 είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο υπό κανονικές συνθήκες. Η πυκνότητα αερίου σε τυπική κατάσταση είναι 1,25 g/L. Το σημείο τήξης είναι -210℃ και το σημείο βρασμού είναι -196℃. Το υγρό άζωτο είναι ένα ψυκτικό μέσο χαμηλής θερμοκρασίας (-196℃).

Σήμερα θα εισαγάγουμε πολλές κύριες μεθόδους για την παραγωγή αζώτου στο εσωτερικό και στο εξωτερικό.

Υπάρχουν τρεις γενικές μέθοδοι παραγωγής αζώτου σε βιομηχανική κλίμακα: παραγωγή αζώτου με κρυογονικό διαχωρισμό αέρα, παραγωγή αζώτου με προσρόφηση εναλλαγής πίεσης και παραγωγή αζώτου με διαχωρισμό μεμβράνης.

Πρώτον: Μέθοδος παραγωγής αζώτου με κρυογονικό διαχωρισμό αέρα

Η παραγωγή αζώτου με κρυογονικό διαχωρισμό αέρα είναι μια παραδοσιακή μέθοδος παραγωγής αζώτου με ιστορία σχεδόν αρκετών δεκαετιών. Χρησιμοποιεί τον αέρα ως πρώτη ύλη, τον συμπιέζει και τον καθαρίζει και στη συνέχεια χρησιμοποιεί την ανταλλαγή θερμότητας για να υγροποιήσει τον αέρα σε υγρό αέρα. Ο υγρός αέρας είναι κυρίως ένα μείγμα υγρού οξυγόνου και υγρού αζώτου. Τα διαφορετικά σημεία βρασμού του υγρού οξυγόνου και του υγρού αζώτου χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό τους μέσω της απόσταξης υγρού αέρα για τη λήψη αζώτου.

Πλεονεκτήματα: μεγάλη παραγωγή αερίου και υψηλή καθαρότητα αζώτου του προϊόντος. Η κρυογονική παραγωγή αζώτου μπορεί να παράγει όχι μόνο άζωτο αλλά και υγρό άζωτο, το οποίο πληροί τις απαιτήσεις της διαδικασίας του υγρού αζώτου και μπορεί να αποθηκευτεί σε δεξαμενές αποθήκευσης υγρού αζώτου. Όταν υπάρχει ένα διακοπτόμενο φορτίο αζώτου ή μια μικρή επισκευή του εξοπλισμού διαχωρισμού αέρα, το υγρό άζωτο στη δεξαμενή αποθήκευσης εισέρχεται στον ατμοποιητή και θερμαίνεται και στη συνέχεια αποστέλλεται στον αγωγό αζώτου του προϊόντος για να καλύψει τη ζήτηση αζώτου της μονάδας διεργασίας. Ο κύκλος λειτουργίας της κρυογονικής παραγωγής αζώτου (αναφερόμενος στο διάστημα μεταξύ δύο μεγάλων θερμαντικών) είναι γενικά περισσότερο από 1 έτος, επομένως η κρυογονική παραγωγή αζώτου δεν θεωρείται γενικά ως αναμονή.

Μειονεκτήματα: Η κρυογονική παραγωγή αζώτου μπορεί να παράγει άζωτο με καθαρότητα ≧99,999%, αλλά η καθαρότητα του αζώτου περιορίζεται από το φορτίο αζώτου, τον αριθμό των δίσκων, την απόδοση του δίσκου και την καθαρότητα του οξυγόνου στον υγρό αέρα και το εύρος ρύθμισης είναι πολύ μικρό. Επομένως, για ένα σετ εξοπλισμού παραγωγής κρυογονικού αζώτου, η καθαρότητα του προϊόντος είναι βασικά βέβαιη και δεν είναι βολικό να προσαρμοστεί. Δεδομένου ότι η κρυογονική μέθοδος πραγματοποιείται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, ο εξοπλισμός πρέπει να έχει μια διαδικασία εκκίνησης προψύξης πριν τεθεί σε κανονική λειτουργία. Ο χρόνος εκκίνησης, δηλαδή ο χρόνος από την έναρξη του διαστολέα έως τη στιγμή που η καθαρότητα του αζώτου φθάσει την απαίτηση, δεν είναι γενικά μικρότερος από 12 ώρες. Πριν ο εξοπλισμός εισέλθει στην γενική επισκευή, πρέπει να έχει περίοδο θέρμανσης και απόψυξης, γενικά 24 ώρες. Επομένως, ο εξοπλισμός παραγωγής κρυογονικού αζώτου δεν θα πρέπει να ξεκινά και να διακόπτεται συχνά, και συνιστάται να λειτουργεί συνεχώς για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Επιπλέον, η κρυογονική διαδικασία είναι πολύπλοκη, καταλαμβάνει μεγάλη έκταση, έχει υψηλό κόστος υποδομής, απαιτεί ειδικές δυνάμεις συντήρησης, έχει μεγάλο αριθμό χειριστών και παράγει αέριο αργά (18 έως 24 ώρες). Είναι κατάλληλο για μεγάλης κλίμακας βιομηχανική παραγωγή αζώτου.

Δεύτερον: Μέθοδος Παραγωγής Αζώτου με Προσρόφηση Ταλαντούχου Πίεσης (PSA).

Η τεχνολογία διαχωρισμού αερίων με προσρόφηση ταλάντωσης πίεσης (PSA) είναι ένας σημαντικός κλάδος της τεχνολογίας μη κρυογονικού διαχωρισμού αερίων. Είναι το αποτέλεσμα των μακροχρόνιων προσπαθειών των ανθρώπων να βρουν μια απλούστερη μέθοδο διαχωρισμού αέρα από την κρυογονική μέθοδο.

Στη δεκαετία του 1970, η West German Mining Company ανέπτυξε με επιτυχία μοριακά κόσκινα άνθρακα, ανοίγοντας το δρόμο για την εκβιομηχάνιση της παραγωγής αζώτου διαχωρισμού αέρα PSA. Τα τελευταία 30 χρόνια, αυτή η τεχνολογία αναπτύχθηκε γρήγορα και ωρίμασε. Έχει γίνει ισχυρός ανταγωνιστής του κρυογονικού διαχωρισμού αέρα στον τομέα της παραγωγής αζώτου μικρού και μεσαίου μεγέθους.

Η παραγωγή αζώτου με προσρόφηση αιώρησης πίεσης χρησιμοποιεί τον αέρα ως πρώτη ύλη και το μοριακό κόσκινο άνθρακα ως προσροφητικό. Χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά της επιλεκτικής προσρόφησης οξυγόνου και αζώτου στον αέρα από μοριακό κόσκινο και χρησιμοποιεί την αρχή της προσρόφησης αιώρησης πίεσης (προσρόφηση πίεσης, εκρόφηση μείωσης πίεσης και αναγέννηση μοριακού κόσκινου) για να διαχωρίσει το οξυγόνο και το άζωτο σε θερμοκρασία δωματίου για την παραγωγή αζώτου.

Σε σύγκριση με την παραγωγή αζώτου με κρυογονικό διαχωρισμό αέρα, η παραγωγή αζώτου με ταλάντευση πίεσης έχει σημαντικά πλεονεκτήματα: ο διαχωρισμός προσρόφησης πραγματοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου, η διαδικασία είναι απλή, ο εξοπλισμός είναι συμπαγής, το αποτύπωμα είναι μικρό, είναι εύκολο να ξεκινήσει και να σταματήσει. ξεκινά γρήγορα, η παραγωγή αερίου είναι γρήγορη (γενικά περίπου 30 λεπτά), η κατανάλωση ενέργειας είναι μικρή, το λειτουργικό κόστος είναι χαμηλό, ο βαθμός αυτοματισμού είναι υψηλός, η λειτουργία και η συντήρηση είναι βολικές, η εγκατάσταση ολίσθησης είναι βολική, χωρίς ειδική βάση απαιτείται, η καθαρότητα αζώτου του προϊόντος μπορεί να ρυθμιστεί σε ένα συγκεκριμένο εύρος και η παραγωγή αζώτου είναι ≤3000 Nm3/h. Ως εκ τούτου, η παραγωγή αζώτου με προσρόφηση εναλλαγής πίεσης είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για διαλείπουσα λειτουργία.

Ωστόσο, μέχρι στιγμής, οι εγχώριοι και ξένοι αντίστοιχοι μπορούν να παράγουν άζωτο μόνο με καθαρότητα 99,9% (δηλ. O2≤0,1%) χρησιμοποιώντας την τεχνολογία παραγωγής αζώτου PSA. Ορισμένες εταιρείες μπορούν να παράγουν 99,99% καθαρό άζωτο (O2≤0,01%). Υψηλότερη καθαρότητα είναι δυνατή από την άποψη της τεχνολογίας παραγωγής αζώτου PSA, αλλά το κόστος παραγωγής είναι πολύ υψηλό και οι χρήστες είναι απίθανο να το αποδεχτούν. Επομένως, η χρήση της τεχνολογίας παραγωγής αζώτου PSA για την παραγωγή αζώτου υψηλής καθαρότητας πρέπει επίσης να προσθέσει μια συσκευή καθαρισμού μετά το στάδιο.

Μέθοδος καθαρισμού αζώτου (βιομηχανική κλίμακα)

(1) Μέθοδος αποοξυγόνωσης υδρογόνωσης.

Υπό τη δράση ενός καταλύτη, το υπολειπόμενο οξυγόνο στο άζωτο αντιδρά με το προστιθέμενο υδρογόνο για να παράγει νερό και ο τύπος της αντίδρασης είναι: 2H2 + O2 = 2H2O. Στη συνέχεια, το νερό αφαιρείται με ενισχυτή συμπιεστή αζώτου υψηλής πίεσης και το άζωτο υψηλής καθαρότητας με τα ακόλουθα κύρια συστατικά λαμβάνεται με μεταξήρανση: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Το κόστος παραγωγής αζώτου είναι περίπου 0,5 γιουάν/m3.

(2) Μέθοδος υδρογόνωσης και αποξυγόνωσης.

Αυτή η μέθοδος χωρίζεται σε τρία στάδια: το πρώτο στάδιο είναι η υδρογόνωση και η αποοξυγόνωση, το δεύτερο στάδιο είναι η αφυδρογόνωση και το τρίτο στάδιο είναι η απομάκρυνση του νερού. Λαμβάνεται άζωτο υψηλής καθαρότητας με την ακόλουθη σύνθεση: Ν2 ≥ 99,999%, Ο2 ≤ 5 × 10-6, Η2 ≤ 5 × 10-6, Η2Ο ≤ 10,7 × 10-6. Το κόστος παραγωγής αζώτου είναι περίπου 0,6 γιουάν/m3.

(3) Μέθοδος αποοξυγόνωσης άνθρακα.

Κάτω από τη δράση του υποστηριζόμενου από άνθρακα καταλύτη (σε μια ορισμένη θερμοκρασία), το υπολειπόμενο οξυγόνο στο συνηθισμένο άζωτο αντιδρά με τον άνθρακα που παρέχεται από τον ίδιο τον καταλύτη για να δημιουργήσει CO2. Τύπος αντίδρασης: C + O2 = CO2. Μετά το επόμενο στάδιο της απομάκρυνσης CO2 και H2O, λαμβάνεται άζωτο υψηλής καθαρότητας με την ακόλουθη σύνθεση: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10- Το κόστος παραγωγής αζώτου είναι περίπου 0,6 γιουάν/m3.

Τρίτον: Διαχωρισμός μεμβράνης και διαχωρισμός αέρα παραγωγή αζώτου

Διαχωρισμός μεμβράνης και διαχωρισμός αέρα Η παραγωγή αζώτου είναι επίσης ένας νέος κλάδος της τεχνολογίας παραγωγής μη κρυογονικού αζώτου. Είναι μια νέα μέθοδος παραγωγής αζώτου που αναπτύχθηκε ραγδαία στο εξωτερικό τη δεκαετία του 1980. Έχει προωθηθεί και εφαρμοστεί στην Κίνα τα τελευταία χρόνια.

Η παραγωγή αζώτου με διαχωρισμό μεμβράνης χρησιμοποιεί τον αέρα ως πρώτη ύλη. Κάτω από μια ορισμένη πίεση, χρησιμοποιεί τους διαφορετικούς ρυθμούς διείσδυσης οξυγόνου και αζώτου στη μεμβράνη των κοίλων ινών για να διαχωρίσει το οξυγόνο και το άζωτο για την παραγωγή αζώτου. Σε σύγκριση με τις δύο παραπάνω μεθόδους παραγωγής αζώτου, έχει τα χαρακτηριστικά της απλούστερης δομής εξοπλισμού, μικρότερου όγκου, χωρίς βαλβίδα μεταγωγής, απλούστερης λειτουργίας και συντήρησης, ταχύτερης παραγωγής αερίου (μέσα σε 3 λεπτά) και πιο βολικής επέκτασης χωρητικότητας.

Ωστόσο, οι μεμβράνες κοίλων ινών έχουν αυστηρότερες απαιτήσεις για την καθαρότητα του πεπιεσμένου αέρα. Οι μεμβράνες είναι επιρρεπείς στη γήρανση και την αποτυχία και είναι δύσκολο να επισκευαστούν. Πρέπει να αντικατασταθούν νέες μεμβράνες.

Η παραγωγή αζώτου με διαχωρισμό μεμβράνης είναι πιο κατάλληλη για μικρού και μεσαίου μεγέθους χρήστες με απαιτήσεις καθαρότητας αζώτου ≤98% και έχει την καλύτερη αναλογία λειτουργίας-τιμής αυτή τη στιγμή. όταν η καθαρότητα του αζώτου απαιτείται να είναι υψηλότερη από 98%, είναι περίπου 30% υψηλότερη από τη συσκευή παραγωγής αζώτου προσρόφησης αιώρησης πίεσης της ίδιας προδιαγραφής. Επομένως, όταν παράγεται άζωτο υψηλής καθαρότητας με συνδυασμό παραγωγής αζώτου διαχωρισμού μεμβράνης και συσκευών καθαρισμού αζώτου, η καθαρότητα του γενικού αζώτου είναι γενικά 98%, γεγονός που θα αυξήσει το κόστος παραγωγής και το κόστος λειτουργίας της συσκευής καθαρισμού.