Wraz z postępem nauki i technologii oraz rozwojem gospodarki zakres zastosowań azotu poszerza się z dnia na dzień i przenika do wielu sektorów przemysłu i życia codziennego.
Producenci produkcji azotu - chińska fabryka i dostawcy produkcji azotu (xinfatools.com)
Azot jest głównym składnikiem powietrza, stanowiącym około 78% powietrza. Azot elementarny N2 jest w normalnych warunkach bezbarwnym i bezwonnym gazem. Gęstość gazu w stanie standardowym wynosi 1,25 g/l. Temperatura topnienia wynosi -210 ℃, a temperatura wrzenia -196 ℃. Ciekły azot jest czynnikiem chłodniczym niskotemperaturowym (-196℃).
Dzisiaj przedstawimy kilka głównych metod produkcji azotu w kraju i za granicą.
Istnieją trzy ogólne metody produkcji azotu na skalę przemysłową: produkcja azotu w kriogenicznej separacji powietrznej, produkcja azotu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej i produkcja azotu w separacji membranowej.
Po pierwsze: metoda produkcji azotu metodą kriogenicznej separacji powietrza
Produkcja azotu w kriogenicznej separacji powietrza to tradycyjna metoda produkcji azotu, której historia sięga niemal kilkudziesięciu lat. Wykorzystuje powietrze jako surowiec, spręża je i oczyszcza, a następnie wykorzystuje wymianę ciepła do skraplania powietrza w ciekłe powietrze. Ciekłe powietrze to głównie mieszanina ciekłego tlenu i ciekłego azotu. Do ich rozdzielenia poprzez destylację ciekłego powietrza w celu uzyskania azotu stosuje się różne temperatury wrzenia ciekłego tlenu i ciekłego azotu.
Zalety: duża produkcja gazu i wysoka czystość azotu produktowego. Produkcja azotu kriogenicznego umożliwia wytwarzanie nie tylko azotu, ale także azotu ciekłego, który spełnia wymagania procesowe ciekłego azotu i może być przechowywany w zbiornikach magazynujących ciekły azot. W przypadku sporadycznego podawania azotu lub drobnej naprawy sprzętu do separacji powietrza, ciekły azot w zbiorniku magazynującym dostaje się do odparowywacza i jest podgrzewany, a następnie przesyłany do rurociągu azotu produktowego w celu zaspokojenia zapotrzebowania jednostki procesowej na azot. Cykl operacyjny kriogenicznej produkcji azotu (odnoszący się do przerwy między dwoma dużymi podgrzewaniami) trwa zazwyczaj dłużej niż 1 rok, zatem kriogenicznej produkcji azotu na ogół nie uważa się za stan gotowości.
Wady: Kriogeniczna produkcja azotu może wytwarzać azot o czystości ≧ 99,999%, ale czystość azotu jest ograniczona zawartością azotu, liczbą tac, wydajnością tac i czystością tlenu w ciekłym powietrzu, a zakres regulacji jest bardzo mały. Dlatego w przypadku zestawu kriogenicznych urządzeń do produkcji azotu czystość produktu jest w zasadzie pewna i niewygodna w regulacji. Ponieważ metodę kriogeniczną przeprowadza się w ekstremalnie niskich temperaturach, przed rozpoczęciem normalnej pracy sprzęt musi zostać poddany procesowi wstępnego chłodzenia. Czas rozruchu, to jest czas od uruchomienia ekspandera do momentu osiągnięcia wymaganej czystości azotu, wynosi na ogół nie mniej niż 12 godzin; zanim sprzęt trafi do remontu, musi mieć okres nagrzewania i rozmrażania, zwykle 24 godziny. Dlatego też nie należy często uruchamiać i zatrzymywać urządzeń kriogenicznych do produkcji azotu, a zaleca się ich nieprzerwaną pracę przez długi czas.
Ponadto proces kriogeniczny jest złożony, zajmuje duży obszar, wiąże się z wysokimi kosztami infrastruktury, wymaga specjalnych sił konserwacyjnych, wymaga dużej liczby operatorów i wytwarza gaz powoli (18 do 24 godzin). Nadaje się do przemysłowej produkcji azotu na dużą skalę.
Po drugie: Metoda produkcji azotu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA).
Technologia separacji gazów metodą zmiennociśnieniowej adsorpcji (PSA) jest ważną gałęzią niekriogenicznej technologii separacji gazów. Jest to wynik wieloletnich wysiłków ludzi mających na celu znalezienie prostszej metody separacji powietrza niż metoda kriogeniczna.
W latach 70. zachodnioniemiecka firma górnicza w Essen z sukcesem opracowała węglowe sita molekularne, torując drogę do industrializacji produkcji azotu metodą separacji powietrza metodą PSA. W ciągu ostatnich 30 lat technologia ta szybko się rozwinęła i dojrzała. Stała się silnym konkurentem kriogenicznej separacji powietrza w zakresie małej i średniej produkcji azotu.
Produkcja azotu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej wykorzystuje powietrze jako surowiec i węglowe sito molekularne jako adsorbent. Wykorzystuje właściwości selektywnej adsorpcji tlenu i azotu w powietrzu przez węglowe sito molekularne i wykorzystuje zasadę adsorpcji zmiennociśnieniowej (adsorpcja ciśnieniowa, desorpcja obniżająca ciśnienie i regeneracja sit molekularnych) w celu oddzielenia tlenu i azotu w temperaturze pokojowej w celu wytworzenia azotu.
W porównaniu z produkcją azotu w kriogenicznej separacji powietrza, produkcja azotu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej ma znaczące zalety: separacja adsorpcyjna przeprowadzana jest w temperaturze pokojowej, proces jest prosty, sprzęt jest kompaktowy, zajmuje niewiele miejsca, łatwo jest uruchamiać i zatrzymywać, rozpoczyna się szybko, produkcja gazu jest szybka (zwykle około 30 minut), zużycie energii jest małe, koszty operacyjne są niskie, stopień automatyzacji jest wysoki, obsługa i konserwacja są wygodne, instalacja na płozach jest wygodna, nie ma specjalnego fundamentu jest wymagane, czystość azotu produktu można regulować w pewnym zakresie, a produkcja azotu wynosi ≤3000Nm3/h. Dlatego produkcja azotu metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej jest szczególnie odpowiednia w przypadku pracy przerywanej.
Jednak dotychczas odpowiednicy krajowi i zagraniczni mogą produkować azot jedynie o czystości 99,9% (tj. O2≤0,1%) przy użyciu technologii produkcji azotu PSA. Niektóre firmy mogą produkować 99,99% czystego azotu (O2≤0,01%). Wyższa czystość jest możliwa z punktu widzenia technologii produkcji azotu PSA, jednak koszt produkcji jest zbyt wysoki i użytkownicy raczej tego nie zaakceptują. Dlatego też zastosowanie technologii produkcji azotu PSA do wytwarzania azotu o wysokiej czystości wymaga również zastosowania urządzenia do oczyszczania po etapie.
Metoda oczyszczania azotu (skala przemysłowa)
(1) Metoda uwodornienia i odtlenienia.
Pod działaniem katalizatora resztkowy tlen w azocie reaguje z dodanym wodorem, tworząc wodę, a wzór reakcji to: 2H2 + O2 = 2H2O. Następnie woda jest usuwana za pomocą wysokociśnieniowej sprężarki azotu, a po dosuszeniu otrzymuje się azot o wysokiej czystości zawierający następujące główne składniki: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Koszt produkcji azotu wynosi około 0,5 juana/m3.
(2) Metoda uwodornienia i odtleniania.
Metoda ta dzieli się na trzy etapy: pierwszy etap to uwodornienie i odtlenienie, drugi etap to odwodornienie, a trzeci etap to usunięcie wody. Otrzymuje się azot o wysokiej czystości o składzie: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Koszt produkcji azotu wynosi około 0,6 juana/m3.
(3) Metoda odtleniania węgla.
Pod działaniem katalizatora na węglu (w określonej temperaturze) resztkowy tlen zawarty w zwykłym azocie reaguje z węglem dostarczanym przez sam katalizator, tworząc CO2. Wzór reakcji: C + O2 = CO2. Po kolejnym etapie usuwania CO2 i H2O otrzymuje się azot o wysokiej czystości o składzie: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Koszt produkcji azotu wynosi około 0,6 juana/m3.
Po trzecie: Separacja membranowa i produkcja azotu w separacji powietrznej
Separacja membranowa i produkcja azotu w separacji powietrznej to także nowa gałąź technologii niekriogenicznej produkcji azotu. Jest to nowa metoda produkcji azotu, która szybko rozwinęła się za granicą w latach 80-tych. W ostatnich latach była ona promowana i stosowana w Chinach.
Do produkcji azotu metodą separacji membranowej wykorzystuje się powietrze jako surowiec. Pod pewnym ciśnieniem wykorzystuje różne szybkości przenikania tlenu i azotu w membranie z pustych włókien w celu oddzielenia tlenu i azotu w celu wytworzenia azotu. W porównaniu z powyższymi dwiema metodami produkcji azotu, charakteryzuje się prostszą konstrukcją sprzętu, mniejszą objętością, brakiem zaworu przełączającego, prostszą obsługą i konserwacją, szybszą produkcją gazu (w ciągu 3 minut) i wygodniejszym zwiększaniem wydajności.
Jednakże membrany z włókien kanalikowych mają bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące czystości sprężonego powietrza. Membrany są podatne na starzenie się i uszkodzenia oraz są trudne w naprawie. Nowe membrany wymagają wymiany.
Produkcja azotu w separacji membranowej jest bardziej odpowiednia dla małych i średnich użytkowników o wymaganiach dotyczących czystości azotu ≤98% i ma obecnie najlepszy stosunek funkcjonalności do ceny; gdy wymagana jest czystość azotu wyższa niż 98%, jest ona o około 30% wyższa niż urządzenie do wytwarzania azotu z adsorpcją zmiennociśnieniową o tej samej specyfikacji. Dlatego też, gdy azot o wysokiej czystości jest wytwarzany poprzez połączenie urządzeń do wytwarzania azotu z separacją membranową i urządzeń do oczyszczania azotu, czystość ogólnego azotu wynosi zazwyczaj 98%, co zwiększa koszty produkcji i koszty eksploatacji urządzenia oczyszczającego.
Czas publikacji: 24 lipca 2024 r
