Ազոտի շարք (II) Ազոտի պատրաստում

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

Ազոտը օդի հիմնական բաղադրիչն է, որը կազմում է օդի մոտ 78%-ը։ Տարրական N2 ազոտը սովորական պայմաններում անգույն և անհոտ գազ է: Գազի խտությունը ստանդարտ վիճակում 1,25 գ/լ է: Հալման կետը -210℃ է, իսկ եռմանը՝ -196℃։ Հեղուկ ազոտը ցածր ջերմաստիճանի սառնագենտ է (-196℃):

Այսօր մենք կներկայացնենք տանը և արտերկրում ազոտի արտադրության մի քանի հիմնական մեթոդներ:

Գոյություն ունեն ազոտի արտադրության երեք ընդհանուր արդյունաբերական մասշտաբի եղանակներ՝ կրիոգեն օդի տարանջատման միջոցով ազոտի արտադրություն, ճնշման ճոճանակի կլանման ազոտի արտադրություն և թաղանթային տարանջատման ազոտի արտադրություն:

Առաջին. Կրիոգեն օդի բաժանման ազոտի արտադրության մեթոդ

Կրիոգեն օդի տարանջատմամբ ազոտի արտադրությունը ազոտի արտադրության ավանդական մեթոդ է, որն ունի մոտ մի քանի տասնամյակի պատմություն: Այն օգտագործում է օդը որպես հումք, սեղմում և մաքրում է այն, այնուհետև օգտագործում է ջերմափոխանակություն՝ օդը հեղուկ օդի վերածելու համար։ Հեղուկ օդը հիմնականում հեղուկ թթվածնի և հեղուկ ազոտի խառնուրդ է։ Հեղուկ թթվածնի և հեղուկ ազոտի տարբեր եռման կետերը օգտագործվում են դրանք բաժանելու համար հեղուկ օդի թորման միջոցով ազոտ ստանալու համար:

Առավելությունները՝ գազի մեծ արտադրություն և արտադրանքի ազոտի բարձր մաքրություն։ Կրիոգեն ազոտի արտադրությունը կարող է արտադրել ոչ միայն ազոտ, այլև հեղուկ ազոտ, որը բավարարում է հեղուկ ազոտի գործընթացի պահանջները և կարող է պահվել հեղուկ ազոտի պահեստավորման տանկերում: Երբ առկա է ընդհատվող ազոտի բեռ կամ օդի տարանջատման սարքավորումների աննշան վերանորոգում, պահեստավորման բաքի հեղուկ ազոտը մտնում է գոլորշիացնող սարք և տաքացվում, այնուհետև ուղարկվում է արտադրանքի ազոտի խողովակաշար՝ բավարարելու պրոցեսորային միավորի ազոտի պահանջարկը: Կրիոգեն ազոտի արտադրության գործառնական ցիկլը (նկատի ունենալով երկու մեծ ջեռուցումների միջև ընկած միջակայքը) սովորաբար ավելի քան 1 տարի է, ուստի կրիոգեն ազոտի արտադրությունը սովորաբար չի համարվում սպասման միջոց:

Թերությունները. Կրիոգեն ազոտի արտադրությունը կարող է արտադրել ազոտ՝ ≧99,999% մաքրությամբ, սակայն ազոտի մաքրությունը սահմանափակվում է ազոտի բեռնվածությամբ, սկուտեղների քանակով, սկուտեղի արդյունավետությամբ և թթվածնի մաքրությամբ հեղուկ օդում, իսկ ճշգրտման շրջանակը շատ փոքր է: Հետևաբար, կրիոգենիկ ազոտի արտադրության սարքավորումների համար արտադրանքի մաքրությունը հիմնականում որոշակի է և հարմարեցնելու համար անհարմար: Քանի որ կրիոգեն մեթոդն իրականացվում է չափազանց ցածր ջերմաստիճանի դեպքում, սարքավորումը պետք է ունենա նախնական հովացման գործարկման գործընթաց, նախքան այն նորմալ շահագործման հանձնելը: Գործարկման ժամանակը, այսինքն՝ ընդարձակիչի մեկնարկից մինչև ազոտի մաքրության պահանջը հասնելու ժամանակը, սովորաբար 12 ժամից ոչ պակաս է. նախքան սարքավորումները կապիտալ վերանորոգման մեջ մտնելը, այն պետք է ունենա տաքացման և հալման ժամանակաշրջան, ընդհանուր առմամբ 24 ժամ: Հետևաբար, կրիոգեն ազոտի արտադրության սարքավորումը չպետք է հաճախակի գործարկվի և դադարեցվի, և նպատակահարմար է երկար ժամանակ շարունակաբար աշխատել:

Բացի այդ, կրիոգեն գործընթացը բարդ է, զբաղեցնում է մեծ տարածք, ունի բարձր ենթակառուցվածքային ծախսեր, պահանջում է հատուկ սպասարկման ուժեր, ունի մեծ թվով օպերատորներ և գազ է արտադրում դանդաղ (18-ից 24 ժամ): Հարմար է լայնածավալ արդյունաբերական ազոտի արտադրության համար։

Երկրորդ. Ճնշման ճոճանակի կլանման (PSA) ազոտի արտադրության մեթոդ

Ճնշման Swing Adsorption (PSA) գազի տարանջատման տեխնոլոգիան ոչ կրիոգեն գազի տարանջատման տեխնոլոգիայի կարևոր ճյուղ է: Դա օդի տարանջատման ավելի պարզ մեթոդ գտնելու մարդկանց երկարատև ջանքերի արդյունքն է, քան կրիոգեն մեթոդը։

1970-ականներին Արևմտյան Գերմանական Essen Mining Company-ն հաջողությամբ ստեղծեց ածխածնային մոլեկուլային մաղեր՝ ճանապարհ հարթելով PSA օդի տարանջատման ազոտի արտադրության արդյունաբերականացման համար: Վերջին 30 տարիների ընթացքում այս տեխնոլոգիան արագ զարգացել և հասունացել է: Այն դարձել է կրիոգեն օդի տարանջատման ուժեղ մրցակից փոքր և միջին ազոտի արտադրության ոլորտում։

Ճնշման ճոճանակի կլանման ազոտի արտադրությունը օգտագործում է օդը որպես հումք, իսկ ածխածնի մոլեկուլային մաղը՝ որպես ներծծող: Այն օգտագործում է ածխածնի մոլեկուլային մաղի կողմից օդում թթվածնի և ազոտի ընտրովի կլանման բնութագրերը և օգտագործում է ճնշման ճոճանակի կլանման սկզբունքը (ճնշման կլանումը, ճնշման նվազեցման կլանումը և մոլեկուլային մաղի վերածումը) սենյակային ջերմաստիճանում թթվածինն ու ազոտը առանձնացնելու համար ազոտ արտադրելու համար:

Կրիոգեն օդի տարանջատման ազոտի արտադրության հետ համեմատած, ճնշման ճոճանակային կլանման ազոտի արտադրությունն ունի զգալի առավելություններ. արագ սկսվում է, գազի արտադրությունը արագ է (ընդհանուր առմամբ մոտ 30 րոպե), էներգիայի սպառումը փոքր է, շահագործման ծախսը ցածր է, ավտոմատացման աստիճանը բարձր է, շահագործումն ու սպասարկումը հարմար են, սայթաքման տեղադրումը հարմար է, հատուկ հիմք չկա։ պահանջվում է, արտադրանքի ազոտի մաքրությունը կարող է ճշգրտվել որոշակի տիրույթում, և ազոտի արտադրությունը ≤3000Nm3/ժ է: Հետևաբար, ճնշման ճոճանակի կլանման ազոտի արտադրությունը հատկապես հարմար է ընդհատվող աշխատանքի համար:

Այնուամենայնիվ, մինչ այժմ, տեղական և արտասահմանյան գործընկերները կարող են արտադրել միայն 99,9% (այսինքն, O2≤0,1%) մաքրությամբ ազոտ՝ օգտագործելով PSA ազոտի արտադրության տեխնոլոգիա: Որոշ ընկերություններ կարող են արտադրել 99,99% մաքուր ազոտ (O2≤0,01%): Ավելի բարձր մաքրություն հնարավոր է PSA ազոտի արտադրության տեխնոլոգիայի տեսանկյունից, սակայն արտադրության արժեքը չափազանց բարձր է, և օգտվողները դժվար թե ընդունեն այն: Հետևաբար, PSA ազոտի արտադրության տեխնոլոգիայի օգտագործումը բարձր մաքրության ազոտ արտադրելու համար պետք է նաև ավելացվի հետփուլային մաքրման սարք:

Ազոտի մաքրման մեթոդ (արդյունաբերական մասշտաբով)

(1) Hydrogenation deoxygenation մեթոդ.

Կատալիզատորի ազդեցությամբ ազոտի մնացորդային թթվածինը փոխազդում է ավելացված ջրածնի հետ՝ առաջացնելով ջուր, և ռեակցիայի բանաձևն է՝ 2H2 + O2 = 2H2O: Այնուհետև ջուրը հեռացվում է բարձր ճնշման ազոտային կոմպրեսորային ուժեղացուցիչով, և հետչորացնելու միջոցով ստացվում է բարձր մաքրության ազոտ՝ հետևյալ հիմնական բաղադրիչներով՝ N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤1500×։ 10-6, H2O≤10.7×10-6։ Ազոտի արտադրության արժեքը կազմում է մոտ 0,5 յուան/մ3։

(2) Հիդրոգենացման և թթվածնացման մեթոդ.

Այս մեթոդը բաժանվում է երեք փուլի՝ առաջին փուլը հիդրոգենացումն ու թթվածնացումն է, երկրորդը՝ ջրազրկումը, երրորդը՝ ջրի հեռացումը։ Ստացվում է բարձր մաքրության ազոտ՝ հետևյալ բաղադրությամբ՝ N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6։ Ազոտի արտադրության արժեքը կազմում է մոտ 0,6 յուան/մ3։

(3) Ածխածնի դեզօքսիգենացման մեթոդ.

Ածխածնի վրա հիմնված կատալիզատորի ազդեցության տակ (որոշակի ջերմաստիճանում) սովորական ազոտի մնացորդային թթվածինը փոխազդում է հենց կատալիզատորի կողմից տրամադրվող ածխածնի հետ՝ առաջացնելով CO2: Ռեակցիայի բանաձև՝ C + O2 = CO2: CO2-ի և H2O-ի հեռացման հետագա փուլից հետո ստացվում է բարձր մաքրության ազոտ հետևյալ բաղադրությամբ՝ N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-։ Ազոտի արտադրության արժեքը կազմում է մոտ 0,6 յուան/մ3։

Երրորդ՝ մեմբրանային տարանջատում և օդի բաժանման միջոցով ազոտի արտադրություն

Մեմբրանային տարանջատումը և օդի տարանջատումը ազոտի արտադրությունը նույնպես ոչ կրիոգեն ազոտի արտադրության տեխնոլոգիայի նոր ճյուղ է: Դա ազոտի արտադրության նոր մեթոդ է, որն արագորեն զարգացավ արտասահմանում 1980-ականներին: Վերջին տարիներին այն տարածվել և կիրառվել է Չինաստանում։

Մեմբրանի բաժանման ազոտի արտադրությունը որպես հումք օգտագործում է օդը: Որոշակի ճնշման տակ այն օգտագործում է թթվածնի և ազոտի տարբեր ներթափանցման արագությունը խոռոչ մանրաթելային թաղանթում՝ թթվածինն ու ազոտը առանձնացնելու՝ ազոտ արտադրելու համար: Համեմատած վերը նշված երկու ազոտի արտադրության մեթոդների հետ, այն ունի ավելի պարզ սարքավորումների կառուցվածքի, ավելի փոքր ծավալի, անջատիչ փականի, ավելի պարզ շահագործման և պահպանման, ավելի արագ գազի արտադրության (3 րոպեի ընթացքում) և ավելի հարմար հզորության ընդլայնման բնութագրերը:

Այնուամենայնիվ, խոռոչ մանրաթելային թաղանթներն ավելի խիստ պահանջներ ունեն սեղմված օդի մաքրության վերաբերյալ: Մեմբրանները հակված են ծերացման և ձախողման և դժվար է վերականգնվել: Նոր թաղանթները պետք է փոխարինվեն:

Մեմբրանային տարանջատման միջոցով ազոտի արտադրությունն ավելի հարմար է փոքր և միջին օգտագործողների համար, որոնց ազոտի մաքրության պահանջները ≤98% են և այս պահին ունի գործառույթ-գին լավագույն հարաբերակցությունը. երբ պահանջվում է, որ ազոտի մաքրությունը 98%-ից բարձր լինի, այն մոտ 30%-ով ավելի է, քան նույն բնութագրի ճնշման ճոճանակի կլանման ազոտի արտադրության սարքը: Հետևաբար, երբ բարձր մաքրության ազոտը արտադրվում է թաղանթային տարանջատման ազոտի արտադրության և ազոտի մաքրման սարքերի համատեղմամբ, ընդհանուր ազոտի մաքրությունը սովորաբար կազմում է 98%, ինչը կբարձրացնի արտադրության արժեքը և մաքրման սարքի շահագործման արժեքը: