نیتروژن سری (II) آماده سازی نیتروژن

تولیدکنندگان نیتروژن - کارخانه و تامین کنندگان نیتروژن تولید چین (xinfatools.com)

نیتروژن جزء اصلی هوا است که حدود 78 درصد هوا را تشکیل می دهد. نیتروژن عنصری N2 گازی بی رنگ و بی بو در شرایط عادی است. چگالی گاز در حالت استاندارد 1.25 گرم در لیتر است. نقطه ذوب -210 درجه سانتیگراد و نقطه جوش -196 درجه سانتیگراد است. نیتروژن مایع یک مبرد با دمای پایین (-196 درجه سانتیگراد) است.

امروز چندین روش اصلی برای تولید نیتروژن در داخل و خارج از کشور را معرفی خواهیم کرد.

سه روش کلی تولید نیتروژن در مقیاس صنعتی وجود دارد: تولید نیتروژن جداسازی هوا برودتی، تولید نیتروژن جذب نوسان فشار، و تولید نیتروژن جداسازی غشایی.

اول: روش تولید نیتروژن جداسازی هوا برودتی

تولید نیتروژن جداسازی هوای برودتی یک روش سنتی تولید نیتروژن با سابقه ای نزدیک به چندین دهه است. از هوا به عنوان ماده خام استفاده می کند، آن را فشرده و تصفیه می کند و سپس از تبادل حرارتی برای مایع کردن هوا به هوای مایع استفاده می کند. هوای مایع عمدتاً مخلوطی از اکسیژن مایع و نیتروژن مایع است. از نقاط جوش مختلف اکسیژن مایع و نیتروژن مایع برای جداسازی آنها از طریق تقطیر هوای مایع برای بدست آوردن نیتروژن استفاده می شود.

مزایا: تولید گاز زیاد و خلوص بالای نیتروژن محصول. تولید نیتروژن برودتی می تواند نه تنها نیتروژن بلکه نیتروژن مایع نیز تولید کند که نیازهای فرآیند نیتروژن مایع را برآورده می کند و می تواند در مخازن ذخیره نیتروژن مایع ذخیره شود. هنگامی که بار نیتروژن متناوب یا تعمیر جزئی تجهیزات جداسازی هوا وجود دارد، نیتروژن مایع در مخزن ذخیره وارد بخارساز شده و گرم می شود و سپس به خط لوله نیتروژن محصول ارسال می شود تا نیاز نیتروژن واحد فرآیند را برآورده کند. چرخه عملیات تولید نیتروژن برودتی (به فاصله بین دو گرمایش بزرگ) به طور کلی بیش از 1 سال است، بنابراین تولید نیتروژن برودتی به طور کلی به عنوان حالت آماده به کار در نظر گرفته نمی شود.

معایب: تولید نیتروژن برودتی می تواند نیتروژن با خلوص ≧99.999% تولید کند، اما خلوص نیتروژن توسط بار نیتروژن، تعداد سینی ها، راندمان سینی و خلوص اکسیژن در هوای مایع محدود می شود و محدوده تنظیم بسیار کوچک است. بنابراین، برای مجموعه ای از تجهیزات تولید نیتروژن برودتی، خلوص محصول اساساً قطعی است و تنظیم آن ناخوشایند است. از آنجایی که روش برودتی در دماهای بسیار پایین انجام می شود، تجهیزات باید قبل از اینکه در حالت عادی قرار بگیرند، یک فرآیند راه اندازی پیش خنک کننده داشته باشند. زمان راه اندازی، یعنی زمان از شروع گسترش دهنده تا زمانی که خلوص نیتروژن به مقدار مورد نیاز می رسد، معمولاً کمتر از 12 ساعت نیست. قبل از اینکه تجهیزات وارد تعمیر اساسی شود، باید یک دوره گرم شدن و ذوب شدن، معمولاً 24 ساعت داشته باشد. بنابراین، تجهیزات تولید نیتروژن کرایوژنیک نباید به طور مکرر راه اندازی و متوقف شوند و توصیه می شود به طور مداوم برای مدت طولانی کار کنند.

علاوه بر این، فرآیند برودتی پیچیده است، منطقه بزرگی را اشغال می کند، هزینه های زیرساختی بالایی دارد، به نیروهای تعمیر و نگهداری ویژه نیاز دارد، تعداد زیادی اپراتور دارد و گاز را به آرامی (18 تا 24 ساعت) تولید می کند. برای تولید نیتروژن صنعتی در مقیاس بزرگ مناسب است.

دوم: روش تولید نیتروژن جذب نوسان فشار (PSA).

فناوری جداسازی گاز با جذب نوسان فشار (PSA) شاخه مهمی از فناوری جداسازی گاز غیر برودتی است. این نتیجه تلاش های طولانی مدت افراد برای یافتن روش جداسازی هوای ساده تر از روش برودتی است.

در دهه 1970، شرکت معدنی اسن آلمان غربی با موفقیت غربال‌های مولکولی کربن را توسعه داد و راه را برای صنعتی‌سازی تولید نیتروژن جداسازی هوای PSA هموار کرد. در طول 30 سال گذشته، این فناوری به سرعت توسعه یافته و به بلوغ رسیده است. رقیبی قوی برای جداسازی هوای برودتی در زمینه تولید نیتروژن کوچک و متوسط ​​شده است.

تولید نیتروژن جذب نوسان فشار از هوا به عنوان ماده خام و غربال مولکولی کربن به عنوان جاذب استفاده می کند. از ویژگی های جذب انتخابی الک مولکولی کربن از اکسیژن و نیتروژن در هوا استفاده می کند و از اصل جذب نوسان فشار (جذب فشار، دفع کاهش فشار و بازسازی غربال مولکولی) برای جداسازی اکسیژن و نیتروژن در دمای اتاق برای تولید نیتروژن استفاده می کند.

در مقایسه با تولید نیتروژن جداسازی هوا برودتی، تولید نیتروژن جذب نوسان فشار دارای مزایای قابل توجهی است: جداسازی جذب در دمای اتاق انجام می شود، فرآیند ساده است، تجهیزات فشرده است، ردپای کوچک است، شروع و متوقف کردن آن آسان است. به سرعت شروع می شود، تولید گاز سریع است (به طور کلی حدود 30 دقیقه)، مصرف انرژی کم است، هزینه عملیاتی کم است، درجه اتوماسیون بالا است، عملیات و تعمیر و نگهداری راحت است، نصب لغزش راحت است، پایه خاصی ندارد. مورد نیاز است، خلوص نیتروژن محصول را می توان در محدوده خاصی تنظیم کرد و تولید نیتروژن ≤3000Nm3/h است. بنابراین، تولید نیتروژن جذب نوسان فشار به ویژه برای عملیات متناوب مناسب است.

با این حال، تا کنون، همتایان داخلی و خارجی تنها می توانند نیتروژن با خلوص 99.9٪ (یعنی O2≤0.1٪) با استفاده از فناوری تولید نیتروژن PSA تولید کنند. برخی از شرکت ها می توانند 99.99٪ نیتروژن خالص (O2≤0.01٪) تولید کنند. خلوص بالاتر از دیدگاه فناوری تولید نیتروژن PSA امکان پذیر است، اما هزینه تولید بسیار بالا است و بعید است که کاربران آن را بپذیرند. بنابراین، استفاده از فناوری تولید نیتروژن PSA برای تولید نیتروژن با خلوص بالا باید یک دستگاه تصفیه پس از مرحله را نیز اضافه کند.

روش تصفیه نیتروژن (در مقیاس صنعتی)

(1) روش هیدروژن زدایی اکسیژن.

تحت عمل یک کاتالیزور، اکسیژن باقیمانده در نیتروژن با هیدروژن اضافه شده برای تولید آب واکنش می دهد و فرمول واکنش این است: 2H2 + O2 = 2H2O. سپس آب توسط یک تقویت کننده کمپرسور نیتروژن با فشار بالا حذف می شود و نیتروژن با خلوص بالا با اجزای اصلی زیر با خشک کردن پس از خشک کردن به دست می آید: N2≥99.999%, O2≤5×10-6، H2≤1500× 10-6، H2O≤10.7×10-6. هزینه تولید نیتروژن حدود 0.5 یوان بر متر مکعب است.

(2) روش هیدروژناسیون و اکسیژن زدایی.

این روش به سه مرحله تقسیم می شود: مرحله اول هیدروژناسیون و اکسیژن زدایی، مرحله دوم هیدروژن زدایی و مرحله سوم حذف آب. نیتروژن با خلوص بالا با ترکیب زیر به دست می آید: N2 ≥ 99.999٪، O2 ≤ 5 × 10-6، H2 ≤ 5 × 10-6، H2O ≤ 10.7 × 10-6. هزینه تولید نیتروژن حدود 0.6 یوان بر متر مکعب است.

(3) روش اکسیژن زدایی کربن.

تحت عمل کاتالیزور پشتیبانی شده از کربن (در دمای معین)، اکسیژن باقیمانده در نیتروژن معمولی با کربنی که توسط خود کاتالیزور ارائه می شود واکنش می دهد و CO2 تولید می کند. فرمول واکنش: C + O2 = CO2. پس از مرحله بعدی حذف CO2 و H2O، نیتروژن با خلوص بالا با ترکیب زیر به دست می آید: N2 ≥ 99.999٪، O2 ≤ 5 × 10-6، CO2 ≤ 5 × 10-6، H2O ≤ 10.7 × 10- هزینه تولید نیتروژن حدود 0.6 یوان بر متر مکعب است.

سوم: جداسازی غشایی و تولید نیتروژن جداسازی هوا

جداسازی غشایی و تولید نیتروژن جداسازی هوا نیز شاخه جدیدی از فناوری تولید نیتروژن غیر برودتی است. این یک روش جدید تولید نیتروژن است که در دهه 1980 به سرعت در خارج از کشور توسعه یافت. در سال های اخیر در چین ترویج و اعمال شده است.

تولید نیتروژن جداسازی غشایی از هوا به عنوان ماده خام استفاده می کند. تحت فشار معینی، از نرخ های مختلف نفوذ اکسیژن و نیتروژن در غشای فیبر توخالی برای جداسازی اکسیژن و نیتروژن برای تولید نیتروژن استفاده می کند. در مقایسه با دو روش تولید نیتروژن فوق، دارای ویژگی های ساختار تجهیزات ساده تر، حجم کمتر، عدم وجود شیر سوئیچینگ، عملیات و نگهداری ساده تر، تولید گاز سریعتر (در عرض 3 دقیقه) و افزایش ظرفیت راحت تر است.

با این حال، غشاهای فیبر توخالی الزامات سخت گیرانه تری در مورد تمیزی هوای فشرده دارند. غشاها مستعد پیری و خرابی هستند و ترمیم آنها دشوار است. غشاهای جدید باید تعویض شوند.

تولید نیتروژن جداسازی غشایی برای کاربران کوچک و متوسط ​​با نیازهای خلوص نیتروژن ≤98٪ مناسب تر است و در این زمان بهترین نسبت عملکرد به قیمت را دارد. هنگامی که خلوص نیتروژن باید بالاتر از 98٪ باشد، حدود 30٪ بیشتر از دستگاه تولید نیتروژن جذب نوسان فشار با همان مشخصات است. بنابراین، هنگامی که نیتروژن با خلوص بالا با ترکیب دستگاه های تولید نیتروژن جداسازی غشایی و دستگاه های تصفیه نیتروژن تولید می شود، خلوص نیتروژن عمومی به طور کلی 98٪ است که هزینه تولید و هزینه عملیات دستگاه تصفیه را افزایش می دهد.