С напредъка на науката и технологиите и развитието на икономиката обхватът на приложение на азота се разширява от ден на ден и е навлязъл в много промишлени сектори и ежедневието.
Азотът е основният компонент на въздуха, представляващ около 78% от въздуха. Елементарният азот N2 е газ без цвят и мирис при нормални условия. Плътността на газа при стандартно състояние е 1,25 g/L. Точката на топене е -210 ℃ и точката на кипене е -196 ℃. Течният азот е нискотемпературен хладилен агент (-196 ℃).
Днес ще представим няколко основни метода за производство на азот у нас и в чужбина.
Съществуват три общи метода за производство на азот в промишлен мащаб: производство на азот чрез криогенно разделяне на въздуха, производство на азот чрез адсорбция с промяна на налягането и производство на азот чрез мембранно разделяне.
Първо: Метод за производство на азот с криогенно разделяне на въздуха
Производството на азот чрез криогенно отделяне на въздух е традиционен метод за производство на азот с история от близо няколко десетилетия. Той използва въздух като суровина, компресира го и го пречиства и след това използва топлообмен, за да втечни въздуха в течен въздух. Течният въздух е предимно смес от течен кислород и течен азот. Различните точки на кипене на течния кислород и течния азот се използват за разделянето им чрез дестилация на течен въздух за получаване на азот.
Предимства: голямо производство на газ и висока чистота на азотния продукт. Производството на криогенен азот може да произвежда не само азот, но и течен азот, който отговаря на изискванията на процеса за течен азот и може да се съхранява в резервоари за съхранение на течен азот. Когато има периодично натоварване с азот или малък ремонт на оборудването за разделяне на въздуха, течният азот в резервоара за съхранение навлиза в изпарителя и се нагрява, след което се изпраща към тръбопровода за азот на продукта, за да отговори на нуждите от азот на технологичния блок. Оперативният цикъл на производство на криогенен азот (отнасящ се до интервала между две големи нагрявания) обикновено е повече от 1 година, така че производството на криогенен азот обикновено не се счита за режим на готовност.
Недостатъци: Производството на криогенен азот може да произведе азот с чистота ≧99,999%, но чистотата на азота е ограничена от натоварването с азот, броя на тарелките, ефективността на тавата и чистотата на кислорода в течния въздух, а диапазонът на регулиране е много малък. Следователно, за набор от оборудване за криогенно производство на азот, чистотата на продукта е основно сигурна и неудобна за регулиране. Тъй като криогенният метод се извършва при изключително ниски температури, оборудването трябва да има процес на стартиране на предварително охлаждане, преди да бъде пуснато в нормална работа. Времето за стартиране, т.е. времето от стартирането на разширителя до времето, когато чистотата на азота достигне изискването, обикновено е не по-малко от 12 часа; преди оборудването да влезе в основен ремонт, то трябва да има период на нагряване и време за размразяване, обикновено 24 часа. Следователно оборудването за производство на криогенен азот не трябва да се стартира и спира често и е препоръчително да работи непрекъснато за дълго време.
В допълнение, криогенният процес е сложен, заема голяма площ, има високи инфраструктурни разходи, изисква специални сили за поддръжка, има голям брой оператори и произвежда газ бавно (18 до 24 часа). Подходящ е за широкомащабно промишлено производство на азот.
Второ: Метод за производство на азот с промяна на налягането (PSA).
Технологията за разделяне на газове чрез адсорбция с промяна на налягането (PSA) е важен клон на технологията за некриогенно отделяне на газ. Това е резултат от дългосрочните усилия на хората да намерят по-прост метод за разделяне на въздуха от криогенния метод.
През 70-те години на миналия век западногерманската минна компания Essen успешно разработи въглеродни молекулярни сита, проправяйки пътя за индустриализацията на производството на азот за разделяне на въздуха PSA. През последните 30 години тази технология се разви бързо и съзря. Той се превърна в силен конкурент на криогенното разделяне на въздуха в областта на производството на малки и средни количества азот.
Производството на азот чрез адсорбция при промяна на налягането използва въздух като суровина и въглеродно молекулярно сито като адсорбент. Той използва характеристиките на селективната адсорбция на кислород и азот от въглеродното молекулярно сито във въздуха и използва принципа на адсорбция с промяна на налягането (адсорбция под налягане, десорбция при намаляване на налягането и регенериране на молекулярно сито) за разделяне на кислород и азот при стайна температура за производство на азот.
В сравнение с производството на азот при криогенно разделяне на въздуха, производството на азот чрез адсорбция с промяна на налягането има значителни предимства: адсорбционното отделяне се извършва при стайна температура, процесът е прост, оборудването е компактно, отпечатъкът е малък, лесно се стартира и спира, стартира бързо, производството на газ е бързо (обикновено около 30 минути), консумацията на енергия е малка, оперативните разходи са ниски, степента на автоматизация е висока, работата и поддръжката са удобни, инсталацията на плъзгача е удобна, няма специална основа се изисква, чистотата на азота в продукта може да се регулира в рамките на определен диапазон и производството на азот е ≤3000Nm3/h. Следователно, производството на азот чрез адсорбция при промяна на налягането е особено подходящо за работа с прекъсвания.
Въпреки това, досега местни и чуждестранни партньори могат да произвеждат само азот с чистота 99,9% (т.е. O2≤0,1%), използвайки технология за производство на азот PSA. Някои компании могат да произвеждат 99,99% чист азот (O2≤0,01%). По-висока чистота е възможна от гледна точка на технологията за производство на азот на PSA, но производствените разходи са твърде високи и е малко вероятно потребителите да го приемат. Следователно, използването на технология за производство на азот PSA за производство на азот с висока чистота трябва също да добави устройство за пречистване след етапа.
Метод за пречистване на азот (промишлен мащаб)
(1) Метод на деоксигениране с хидрогениране.
Под действието на катализатор, остатъчният кислород в азота реагира с добавения водород, за да се получи вода, а реакционната формула е: 2H2 + O2 = 2H2O. След това водата се отстранява чрез бустер с азотен компресор под високо налягане и азотът с висока чистота със следните основни компоненти се получава чрез последващо изсушаване: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Цената на производството на азот е около 0,5 юана/m3.
(2) Метод на хидрогениране и деоксигениране.
Този метод е разделен на три етапа: първият етап е хидрогениране и деоксигениране, вторият етап е дехидрогениране и третият етап е отстраняване на водата. Получава се азот с висока чистота със следния състав: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Цената на производството на азот е около 0,6 юана/m3.
(3) Метод за деоксигениране на въглерод.
Под действието на въглероден поддържащ катализатор (при определена температура), остатъчният кислород в обикновения азот реагира с въглерода, осигурен от самия катализатор, за да генерира CO2. Формула на реакцията: C + O2 = CO2. След последващия етап на отстраняване на CO2 и H2O се получава азот с висока чистота със следния състав: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Цената на производството на азот е около 0,6 юана/m3.
Трето: Мембранно разделяне и производство на азот за разделяне на въздуха
Производството на азот с мембранно разделяне и отделяне на въздух също е нов клон на технологията за некриогенно производство на азот. Това е нов метод за производство на азот, който се разви бързо в чужбина през 80-те години. Той беше популяризиран и прилаган в Китай през последните години.
Производството на азот чрез мембранно разделяне използва въздух като суровина. Под определено налягане той използва различните скорости на проникване на кислород и азот в мембраната от кухи влакна, за да раздели кислорода и азота, за да произведе азот. В сравнение с горните два метода за производство на азот, той има характеристиките на по-проста структура на оборудването, по-малък обем, без превключващ клапан, по-опростена работа и поддръжка, по-бързо производство на газ (в рамките на 3 минути) и по-удобно разширяване на капацитета.
Мембраните от кухи влакна обаче имат по-строги изисквания към чистотата на сгъстения въздух. Мембраните са склонни към стареене и повреда и са трудни за ремонт. Трябва да се сменят новите мембрани.
Производството на азот за мембранно разделяне е по-подходящо за малки и средни потребители с изисквания за чистота на азота ≤98% и има най-доброто съотношение цена-функция в момента; когато се изисква чистотата на азота да бъде по-висока от 98%, тя е с около 30% по-висока от устройството за производство на азот с адсорбция при промяна на налягането със същата спецификация. Следователно, когато се произвежда азот с висока чистота чрез комбиниране на производство на азот с мембранно разделяне и устройства за пречистване на азот, чистотата на общия азот обикновено е 98%, което ще увеличи производствените разходи и разходите за експлоатация на устройството за пречистване.
Време на публикуване: 24 юли 2024 г
