З прогресом науки і техніки та розвитком економіки область застосування азоту розширюється з кожним днем, і він проник у багато галузей промисловості та повсякденного життя.
Виробники азоту - Китайська фабрика та постачальники азоту (xinfatools.com)
Азот є основним компонентом повітря, на його частку припадає близько 78% повітря. Елементарний азот N2 за нормальних умов є газом без кольору і запаху. Щільність газу в стандартному стані становить 1,25 г/л. Точка плавлення -210 ℃, температура кипіння -196 ℃. Рідкий азот є низькотемпературним холодоагентом (-196 ℃).
Сьогодні ми познайомимося з кількома основними методами виробництва азоту в країні та за кордоном.
Існує три загальні промислові методи виробництва азоту: виробництво азоту з кріогенним поділом повітря, виробництво азоту з адсорбцією коливань тиску та виробництво азоту з мембранним розділенням.
По-перше: метод виробництва азоту з кріогенним відділенням повітря
Виробництво азоту з кріогенним поділом повітря є традиційним методом виробництва азоту, історія якого налічує майже кілька десятиліть. Він використовує повітря як сировину, стискає та очищає його, а потім використовує теплообмін для розрідження повітря в рідке. Рідке повітря в основному є сумішшю рідкого кисню та рідкого азоту. Різні температури кипіння рідкого кисню та рідкого азоту використовуються для їх розділення шляхом дистиляції рідкого повітря для отримання азоту.
Переваги: великий видобуток газу та висока чистота азоту продукту. Виробництво кріогенного азоту може виробляти не тільки азот, але й рідкий азот, який відповідає технологічним вимогам рідкого азоту та може зберігатися в резервуарах для зберігання рідкого азоту. Коли відбувається періодичне завантаження азоту або незначний ремонт обладнання для розділення повітря, рідкий азот у резервуарі для зберігання надходить у випарник і нагрівається, а потім відправляється в трубопровід для азоту, щоб задовольнити потребу технологічного блоку в азоті. Робочий цикл виробництва кріогенного азоту (інтервал між двома великими нагріваннями) зазвичай становить більше 1 року, тому виробництво кріогенного азоту, як правило, не вважається резервним.
Недоліки: виробництво кріогенного азоту може виробляти азот з чистотою ≧99,999%, але чистота азоту обмежена навантаженням азоту, кількістю лотків, ефективністю лотка та чистотою кисню в рідкому повітрі, а діапазон регулювання дуже малий. Таким чином, для набору кріогенного обладнання для виробництва азоту чистота продукту в основному певна, і її незручно регулювати. Оскільки кріогенний метод здійснюється при надзвичайно низьких температурах, обладнання має мати процес попереднього охолодження перед тим, як його ввести в нормальний режим роботи. Час запуску, тобто час від запуску детандера до моменту, коли чистота азоту досягає вимоги, зазвичай становить не менше 12 годин; перш ніж обладнання потрапить на капітальний ремонт, воно повинно мати період нагріву та розморожування, як правило, 24 години. Тому обладнання для виробництва кріогенного азоту не слід запускати та зупиняти часто, і бажано працювати безперервно протягом тривалого часу.
Крім того, кріогенний процес є складним, займає велику територію, має високі витрати на інфраструктуру, потребує спеціальних сил з обслуговування, має велику кількість операторів і виробляє газ повільно (від 18 до 24 годин). Він підходить для великомасштабного промислового виробництва азоту.
По-друге: метод виробництва азоту за допомогою адсорбції під тиском (PSA).
Технологія розділення газу за допомогою адсорбції з коливанням тиску (PSA) є важливою галуззю технології некріогенного розділення газу. Це результат тривалих зусиль людей знайти більш простий метод розділення повітря, ніж кріогенний метод.
У 1970-х роках західнонімецька гірничодобувна компанія Essen Mining Company успішно розробила вуглецеві молекулярні сита, прокладаючи шлях до індустріалізації виробництва азоту з повітряної сепарації PSA. За останні 30 років ця технологія швидко розвивалася та вдосконалювалася. Він став сильним конкурентом кріогенного розділення повітря в області виробництва азоту малого та середнього розміру.
Виробництво азоту за допомогою адсорбції коливань тиску використовує повітря як сировину та вуглецеве молекулярне сито як адсорбент. Він використовує характеристики селективної адсорбції кисню та азоту в повітрі вуглецевим молекулярним ситом і використовує принцип адсорбції зі змінним тиском (адсорбція під тиском, десорбція при зниженні тиску та регенерація молекулярного сита) для розділення кисню та азоту при кімнатній температурі для отримання азоту.
Порівняно з виробництвом азоту з кріогенним поділом повітря адсорбційне виробництво азоту з коливанням тиску має значні переваги: адсорбційне поділ здійснюється при кімнатній температурі, процес простий, обладнання компактне, невелика площа, його легко запускати та зупиняти, починається швидко, виробництво газу швидке (зазвичай близько 30 хвилин), споживання енергії невелике, експлуатаційні витрати низькі, ступінь автоматизації високий, експлуатація та технічне обслуговування зручні, установка салазок зручна, немає спеціального фундаменту необхідно, чистоту продукту азоту можна регулювати в межах певного діапазону, а виробництво азоту становить ≤3000 нм3/год. Таким чином, адсорбційне виробництво азоту при зміні тиску особливо підходить для періодичної роботи.
Однак поки вітчизняні та зарубіжні аналоги можуть виробляти лише азот чистотою 99,9% (тобто O2≤0,1%) за технологією виробництва азоту PSA. Деякі компанії можуть виробляти 99,99% чистий азот (O2≤0,01%). Вища чистота можлива з точки зору технології виробництва азоту PSA, але вартість виробництва занадто висока, і користувачі навряд чи погодяться на це. Таким чином, використання технології виробництва азоту PSA для виробництва азоту високої чистоти також має додавати пристрій після етапу очищення.
Спосіб очищення азотом (промисловий масштаб)
(1) Метод дезоксигенації гідрогенізації.
Під дією каталізатора залишковий кисень в азоті реагує з доданим воднем, утворюючи воду, і формула реакції: 2H2 + O2 = 2H2O. Потім вода видаляється за допомогою азотного компресора високого тиску, і азот високої чистоти з такими основними компонентами одержується шляхом досушування: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Вартість виробництва азоту становить близько 0,5 юаня/м3.
(2) Метод гідрування та деоксигенації.
Цей метод поділяється на три стадії: перша стадія — гідрування та дезоксигенація, друга — дегідрування, третя — видалення води. Отримують високочистий азот наступного складу: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Вартість виробництва азоту становить близько 0,6 юаня/м3.
(3) Метод дезоксигенації вуглецю.
Під дією вуглецевого каталізатора (при певній температурі) залишковий кисень у звичайному азоті реагує з вуглецем, що надається самим каталізатором, утворюючи CO2. Формула реакції: C + O2 = CO2. Після наступної стадії видалення CO2 і H2O отримують високочистий азот наступного складу: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Вартість виробництва азоту становить близько 0,6 юаня/м3.
По-третє: мембранне відділення та виробництво азоту відділення повітря
Виробництво азоту з мембранним розділенням і відділенням повітря також є новою галуззю технології некріогенного виробництва азоту. Це новий метод виробництва азоту, який швидко розвивався за кордоном у 1980-х роках. В останні роки його просувають і застосовують у Китаї.
Виробництво азоту мембранної сепарації використовує повітря як сировину. Під певним тиском він використовує різні швидкості проникнення кисню та азоту в мембрану з порожнистих волокон для розділення кисню та азоту для отримання азоту. У порівнянні з двома наведеними вище методами виробництва азоту, він має характеристики простішої конструкції обладнання, меншого об’єму, відсутності перемикаючого клапана, простішої експлуатації та обслуговування, швидшого виробництва газу (протягом 3 хвилин) і більш зручного розширення потужності.
Однак до мембран з порожнистим волокном пред'являються більш жорсткі вимоги до чистоти стисненого повітря. Мембрани схильні до старіння та руйнування, їх важко ремонтувати. Потрібно замінити нові мембрани.
Виробництво азоту за допомогою мембранного розділення більше підходить для малих і середніх користувачів із вимогами до чистоти азоту ≤98%, і на даний момент має найкраще співвідношення ціна-функція; коли чистота азоту повинна бути вищою за 98%, це приблизно на 30% вище, ніж пристрій для виробництва азоту з адсорбцією коливань тиску тієї ж специфікації. Таким чином, коли азот високої чистоти виробляється шляхом поєднання виробництва азоту через мембранне розділення та пристроїв для очищення азоту, чистота загального азоту зазвичай становить 98%, що збільшить витрати на виробництво та експлуатацію пристрою для очищення.
Час публікації: 24 липня 2024 р
