Nitrogen Series (II) Priprema azota

Proizvođači azota - Kina Tvornica i dobavljači za proizvodnju dušika (xinfatools.com)

Azot je glavna komponenta vazduha i čini oko 78% vazduha. Elementarni azot N2 je gas bez boje i mirisa u normalnim uslovima. Gustina gasa u standardnom stanju je 1,25 g/L. Tačka topljenja je -210 ℃, a tačka ključanja je -196 ℃. Tečni dušik je rashladno sredstvo niske temperature (-196℃).

Danas ćemo predstaviti nekoliko glavnih metoda za proizvodnju dušika u zemlji i inostranstvu.

Postoje tri opšte industrijske metode proizvodnje azota: proizvodnja azota sa kriogenom vazdušnom separacijom, proizvodnja azota adsorpcionom adsorpcijom sa promenama pritiska i proizvodnja azota membranskom separacijom.

Prvo: Kriogena metoda proizvodnje azota sa separacijom vazduha

Proizvodnja azota kriogenom separacijom vazduha je tradicionalna metoda proizvodnje azota sa istorijom od skoro nekoliko decenija. Koristi zrak kao sirovinu, komprimira ga i pročišćava, a zatim koristi izmjenu topline za pretvaranje zraka u tekući zrak. Tečni vazduh je uglavnom mešavina tečnog kiseonika i tečnog azota. Različite točke ključanja tekućeg kisika i tekućeg dušika koriste se za njihovo razdvajanje destilacijom tekućeg zraka kako bi se dobio dušik.

Prednosti: velika proizvodnja gasa i visoka čistoća azota proizvoda. Kriogena proizvodnja dušika može proizvesti ne samo dušik već i tekući dušik, koji zadovoljava procesne zahtjeve za tekući dušik i može se skladištiti u spremnicima za skladištenje tekućeg dušika. Kada dođe do povremenog opterećenja azotom ili manjeg popravka opreme za odvajanje vazduha, tečni azot u rezervoaru za skladištenje ulazi u isparivač i zagreva se, a zatim se šalje u cevovod za azot proizvoda kako bi se zadovoljila potreba za azotom u procesnoj jedinici. Radni ciklus proizvodnje kriogenog azota (koji se odnosi na interval između dva velika zagrevanja) je generalno više od 1 godine, tako da se proizvodnja kriogenog azota generalno ne smatra rezervnim.

Nedostaci: Kriogena proizvodnja dušika može proizvesti dušik čistoće od ≧99,999%, ali čistoća dušika je ograničena opterećenjem dušikom, brojem posuda, efikasnošću posude i čistoćom kisika u tekućem zraku, a raspon podešavanja je vrlo mali. Stoga, za set opreme za proizvodnju kriogenog dušika, čistoća proizvoda je u osnovi sigurna i nezgodna za podešavanje. S obzirom da se kriogena metoda provodi na ekstremno niskim temperaturama, oprema mora imati proces pokretanja pred hlađenjem prije nego što se stavi u normalan rad. Vrijeme pokretanja, odnosno vrijeme od pokretanja ekspandera do vremena kada čistoća dušika dostigne zahtjeve, općenito nije manje od 12 sati; prije nego što oprema uđe u remont, mora imati period zagrijavanja i odmrzavanja, obično 24 sata. Stoga, opremu za proizvodnju kriogenog azota ne treba često pokretati i zaustavljati, a preporučljivo je da radi kontinuirano dugo vremena.

Osim toga, kriogeni proces je složen, zauzima veliku površinu, ima visoke troškove infrastrukture, zahtijeva posebne snage za održavanje, ima veliki broj operatera i proizvodi plin sporo (18 do 24 sata). Pogodan je za veliku industrijsku proizvodnju azota.

Drugo: Metoda proizvodnje azota adsorpcije s promenljivim pritiskom (PSA).

Tehnologija odvajanja plina adsorpcije s promjenama tlaka (PSA) je važna grana tehnologije nekriogene separacije plina. To je rezultat dugotrajnih napora ljudi da pronađu jednostavniju metodu odvajanja zraka od kriogene metode.

Sedamdesetih godina prošlog vijeka, zapadnonjemačka kompanija Essen Mining Company uspješno je razvila ugljična molekularna sita, utirući put za industrijalizaciju proizvodnje dušika za odvajanje zraka PSA. U proteklih 30 godina ova tehnologija se brzo razvijala i sazrevala. Postao je jak konkurent kriogenom odvajanju vazduha u oblasti male i srednje proizvodnje azota.

Proizvodnja azota adsorpcije pod pritiskom koristi vazduh kao sirovinu i ugljenično molekularno sito kao adsorbent. Koristi karakteristike selektivne adsorpcije kisika i dušika ugljičnim molekularnim sitom u zraku i koristi princip adsorpcije promjene tlaka (adsorpcija tlaka, desorpcija smanjenja tlaka i regeneracija molekularnog sita) za razdvajanje kisika i dušika na sobnoj temperaturi za proizvodnju dušika.

U poređenju sa proizvodnjom azota za kriogenu separaciju, proizvodnja adsorpcionog azota sa promenama pritiska ima značajne prednosti: adsorpciono odvajanje se vrši na sobnoj temperaturi, proces je jednostavan, oprema je kompaktna, malo prostora, lako se pokreće i zaustavlja, počinje brzo, proizvodnja gasa je brza (uglavnom oko 30 minuta), potrošnja energije je mala, operativni troškovi su niski, stepen automatizacije je visok, rad i održavanje su praktični, instalacija na klizaču je zgodna, bez posebne osnove je potrebno, čistoća azota proizvoda može se podesiti unutar određenog raspona, a proizvodnja dušika je ≤3000Nm3/h. Zbog toga je proizvodnja azota adsorpcionom adsorpcijom sa promenljivim pritiskom posebno pogodna za rad sa prekidima.

Međutim, do sada, domaće i strane kolege mogu proizvoditi samo dušik čistoće od 99,9% (tj. O2≤0,1%) koristeći tehnologiju proizvodnje azota PSA. Neke kompanije mogu proizvesti 99,99% čistog azota (O2≤0,01%). Veća čistoća je moguća iz perspektive tehnologije proizvodnje PSA dušika, ali je cijena proizvodnje previsoka i malo je vjerovatno da će je korisnici prihvatiti. Stoga, upotreba tehnologije proizvodnje PSA dušika za proizvodnju azota visoke čistoće mora također dodati uređaj za pročišćavanje nakon faze.

Metoda prečišćavanja dušika (industrijska skala)

(1) Metoda deoksigenacije hidrogenacijom.

Pod dejstvom katalizatora, preostali kiseonik u azotu reaguje sa dodatkom vodonika da bi se dobila voda, a formula reakcije je: 2H2 + O2 = 2H2O. Zatim se voda uklanja pomoću kompresora azota pod visokim pritiskom, a azot visoke čistoće sa sledećim glavnim komponentama se dobija naknadnim sušenjem: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Troškovi proizvodnje azota su oko 0,5 juana/m3.

(2) Metoda hidrogenacije i deoksigenacije.

Ova metoda je podijeljena u tri faze: prva faza je hidrogenacija i deoksigenacija, druga faza je dehidrogenacija, a treća faza je uklanjanje vode. Dobija se azot visoke čistoće sledećeg sastava: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Troškovi proizvodnje azota su oko 0,6 juana/m3.

(3) Metoda deoksigenacije ugljika.

Pod djelovanjem katalizatora podržanog ugljikom (na određenoj temperaturi), preostali kisik u običnom dušiku reagira s ugljikom koji daje sam katalizator kako bi se stvorio CO2. Reakciona formula: C + O2 = CO2. Nakon naknadne faze uklanjanja CO2 i H2O, dobija se azot visoke čistoće sledećeg sastava: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Troškovi proizvodnje azota su oko 0,6 juana/m3.

Treće: membransko odvajanje i proizvodnja azota odvajanjem vazduha

Membranska separacija i proizvodnja azota odvajanjem zraka također je nova grana tehnologije nekriogene proizvodnje dušika. To je nova metoda proizvodnje dušika koja se brzo razvila u inostranstvu 1980-ih. Promoviše se i primjenjuje u Kini posljednjih godina.

Proizvodnja azota za membransku separaciju koristi vazduh kao sirovinu. Pod određenim pritiskom, koristi različite brzine prodiranja kisika i dušika u membranu od šupljih vlakana da odvoji kisik i dušik za proizvodnju dušika. U poređenju sa gornja dva načina proizvodnje azota, ima karakteristike jednostavnije strukture opreme, manje zapremine, bez preklopnog ventila, jednostavnijeg rada i održavanja, brže proizvodnje gasa (unutar 3 minuta) i pogodnijeg proširenja kapaciteta.

Međutim, membrane od šupljih vlakana imaju strožije zahtjeve za čistoću komprimiranog zraka. Membrane su sklone starenju i kvaru i teško ih je popraviti. Nove membrane treba zamijeniti.

Proizvodnja azota za membransku separaciju je pogodnija za male i srednje korisnike sa zahtjevima čistoće dušika od ≤98% i ima najbolji omjer funkcije i cijene u ovom trenutku; kada se zahtijeva da čistoća dušika bude viša od 98%, to je oko 30% više od uređaja za proizvodnju dušika za adsorpciju pod pritiskom iste specifikacije. Stoga, kada se dušik visoke čistoće proizvodi kombiniranjem proizvodnje dušika za odvajanje membranom i uređaja za pročišćavanje dušika, čistoća općeg dušika je općenito 98%, što će povećati troškove proizvodnje i operativne troškove uređaja za pročišćavanje.