Odată cu progresul științei și tehnologiei și dezvoltarea economiei, domeniul de aplicare a azotului se extinde zi de zi și a pătruns în multe sectoare industriale și în viața de zi cu zi.
Azotul este componenta principală a aerului, reprezentând aproximativ 78% din aer. Azotul elementar N2 este un gaz incolor și inodor în condiții normale. Densitatea gazului în stare standard este de 1,25 g/L. Punctul de topire este -210℃, iar punctul de fierbere este -196℃. Azotul lichid este un agent frigorific la temperatură joasă (-196 ℃).
Astăzi vom introduce câteva metode principale de producere a azotului în țară și în străinătate.
Există trei metode generale de producție de azot la scară industrială: producția de azot prin separare a aerului criogen, producția de azot prin adsorbție prin variație de presiune și producția de azot prin separare prin membrană.
În primul rând: metoda de producere a azotului prin separare criogenică a aerului
Producția de azot prin separare criogenică a aerului este o metodă tradițională de producere a azotului cu o istorie de aproape câteva decenii. Folosește aerul ca materie primă, îl comprimă și purifică, apoi folosește schimbul de căldură pentru a lichefia aerul în aer lichid. Aerul lichid este în principal un amestec de oxigen lichid și azot lichid. Diferitele puncte de fierbere ale oxigenului lichid și ale azotului lichid sunt folosite pentru a le separa prin distilarea aerului lichid pentru a obține azot.
Avantaje: producție mare de gaz și puritate ridicată a azotului produs. Producția de azot criogenic poate produce nu numai azot, ci și azot lichid, care îndeplinește cerințele procesului de azot lichid și poate fi stocat în rezervoare de stocare a azotului lichid. Când există o încărcare intermitentă cu azot sau o reparație minoră a echipamentului de separare a aerului, azotul lichid din rezervorul de stocare intră în vaporizator și este încălzit și apoi trimis la conducta de azot a produsului pentru a satisface cererea de azot a unității de proces. Ciclul de funcționare al producției de azot criogenic (referitor la intervalul dintre două încălziri mari) este în general mai mare de 1 an, astfel încât producția de azot criogenic nu este, în general, considerată ca un standby.
Dezavantaje: Producția de azot criogenic poate produce azot cu o puritate ≧99,999%, dar puritatea azotului este limitată de încărcătura de azot, numărul de tăvi, eficiența tăvii și puritatea oxigenului în aerul lichid, iar intervalul de reglare este foarte mic. Prin urmare, pentru un set de echipamente de producere a azotului criogenic, puritatea produsului este practic sigură și incomod de ajustat. Deoarece metoda criogenică se realizează la temperaturi extrem de scăzute, echipamentul trebuie să aibă un proces de pornire de pre-răcire înainte de a fi pus în funcțiune normală. Timpul de pornire, adică timpul de la pornirea expandorului până la momentul în care puritatea azotului atinge necesarul, este în general nu mai mic de 12 ore; înainte ca echipamentul să intre în revizie, acesta trebuie să aibă o perioadă de timp de încălzire și dezghețare, în general 24 de ore. Prin urmare, echipamentul de producere a azotului criogenic nu trebuie pornit și oprit frecvent și este recomandabil să funcționeze continuu pentru o lungă perioadă de timp.
În plus, procesul criogenic este complex, ocupă o suprafață mare, are costuri mari de infrastructură, necesită forțe speciale de întreținere, are un număr mare de operatori și produce gaz lent (18 până la 24 de ore). Este potrivit pentru producția industrială de azot pe scară largă.
În al doilea rând: Metoda de producere a azotului prin adsorbție prin variație de presiune (PSA).
Tehnologia de separare a gazelor prin adsorbție prin fluctuație de presiune (PSA) este o ramură importantă a tehnologiei de separare a gazelor necriogenice. Este rezultatul eforturilor pe termen lung ale oamenilor de a găsi o metodă de separare a aerului mai simplă decât metoda criogenică.
În anii 1970, Compania Minieră Essen din Germania de Vest a dezvoltat cu succes site moleculare de carbon, deschizând calea pentru industrializarea producției de azot de separare a aerului PSA. În ultimii 30 de ani, această tehnologie s-a dezvoltat rapid și s-a maturizat. A devenit un competitor puternic al separării criogenice a aerului în domeniul producției de azot de dimensiuni mici și mijlocii.
Producția de azot prin adsorbție prin variație de presiune utilizează aer ca materie primă și sita moleculară de carbon ca adsorbant. Folosește caracteristicile adsorbției selective a sitei moleculare de carbon a oxigenului și azotului în aer și utilizează principiul adsorbției prin fluctuație de presiune (adsorbția presiunii, desorbția prin reducerea presiunii și regenerarea sitei moleculare) pentru a separa oxigenul și azotul la temperatura camerei pentru a produce azot.
În comparație cu producția de azot prin separare a aerului criogenic, producția de azot prin adsorbție prin variație de presiune are avantaje semnificative: separarea prin adsorbție se efectuează la temperatura camerei, procesul este simplu, echipamentul este compact, amprenta la sol este mică, este ușor de pornit și oprit, este începe rapid, producția de gaz este rapidă (în general aproximativ 30 de minute), consumul de energie este mic, costul de operare este scăzut, gradul de automatizare este ridicat, operarea și întreținerea sunt convenabile, instalarea de derapaj este convenabilă, fără fundație specială este necesar, puritatea azotului produsului poate fi ajustată într-un anumit interval, iar producția de azot este ≤3000Nm3/h. Prin urmare, producția de azot prin adsorbție prin variație de presiune este potrivită în special pentru funcționarea intermitentă.
Cu toate acestea, până acum, omologii autohtoni și străini pot produce doar azot cu o puritate de 99,9% (adică, O2≤0,1%) folosind tehnologia de producere a azotului PSA. Unele companii pot produce 99,99% azot pur (O2≤0,01%). O puritate mai mare este posibilă din perspectiva tehnologiei de producere a azotului PSA, dar costul de producție este prea mare și este puțin probabil ca utilizatorii să-l accepte. Prin urmare, utilizarea tehnologiei de producere a azotului PSA pentru a produce azot de înaltă puritate trebuie să adauge și un dispozitiv de purificare post-etapă.
Metoda de purificare a azotului (la scară industrială)
(1) Metoda de hidrogenare deoxigenare.
Sub acțiunea unui catalizator, oxigenul rezidual din azot reacționează cu hidrogenul adăugat pentru a produce apă, iar formula reacției este: 2H2 + O2 = 2H2O. Apoi, apa este îndepărtată printr-un compresor cu azot de înaltă presiune, iar azotul de puritate ridicată cu următoarele componente principale este obținut prin post-uscare: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Costul producției de azot este de aproximativ 0,5 yuani/m3.
(2) Metoda de hidrogenare și dezoxigenare.
Această metodă este împărțită în trei etape: prima etapă este hidrogenarea și deoxigenarea, a doua etapă este dehidrogenarea și a treia etapă este îndepărtarea apei. Se obține azot de înaltă puritate cu următoarea compoziție: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Costul producției de azot este de aproximativ 0,6 yuani/m3.
(3) Metoda de deoxigenare a carbonului.
Sub acțiunea catalizatorului pe suport de carbon (la o anumită temperatură), oxigenul rezidual din azotul obișnuit reacționează cu carbonul furnizat de catalizator însuși pentru a genera CO2. Formula reacției: C + O2 = CO2. După etapa ulterioară de îndepărtare a CO2 și H2O, se obține azot de înaltă puritate cu următoarea compoziție: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Costul producției de azot este de aproximativ 0,6 yuani/m3.
În al treilea rând: separarea prin membrană și separarea aerului producția de azot
Producția de azot prin separarea prin membrană și separarea aerului este, de asemenea, o nouă ramură a tehnologiei de producere a azotului necriogenic. Este o nouă metodă de producere a azotului care s-a dezvoltat rapid în străinătate în anii 1980. A fost promovat și aplicat în China în ultimii ani.
Producția de azot prin separare prin membrană folosește aer ca materie primă. Sub o anumită presiune, utilizează ratele diferite de penetrare a oxigenului și azotului din membrana de fibre goale pentru a separa oxigenul și azotul pentru a produce azot. În comparație cu cele două metode de producție de azot de mai sus, are caracteristicile unei structuri mai simple a echipamentelor, volum mai mic, fără supapă de comutare, operare și întreținere mai simple, producție mai rapidă de gaz (în 3 minute) și extindere a capacității mai convenabilă.
Cu toate acestea, membranele cu fibre goale au cerințe mai stricte privind curățenia aerului comprimat. Membranele sunt predispuse la îmbătrânire și eșec și sunt dificil de reparat. Trebuie înlocuite membrane noi.
Producția de azot prin separare prin membrană este mai potrivită pentru utilizatorii mici și mijlocii cu cerințe de puritate a azotului ≤98% și are cel mai bun raport funcție-preț în acest moment; când puritatea azotului trebuie să fie mai mare de 98%, aceasta este cu aproximativ 30% mai mare decât dispozitivul de producere a azotului cu adsorbție prin variație de presiune cu aceeași specificație. Prin urmare, atunci când azotul de înaltă puritate este produs prin combinarea producției de azot prin separare prin membrană și a dispozitivelor de purificare a azotului, puritatea azotului general este în general de 98%, ceea ce va crește costul de producție și costul de funcționare al dispozitivului de purificare.
Ora postării: 24-iul-2024
