Med fremskridt inden for videnskab og teknologi og udvikling af økonomi udvides anvendelsesområdet for nitrogen dag for dag og er trængt ind i mange industrielle sektorer og dagligdagen.
Nitrogenproduktionsproducenter - Kinas nitrogenproduktionsfabrik og leverandører (xinfatools.com)
Kvælstof er hovedbestanddelen af luft, der tegner sig for omkring 78% af luften. Elementært nitrogen N2 er en farveløs og lugtfri gas under normale forhold. Gasdensiteten under standardtilstand er 1,25 g/L. Smeltepunktet er -210 ℃ og kogepunktet er -196 ℃. Flydende nitrogen er et lavtemperaturkølemiddel (-196 ℃).
I dag vil vi introducere flere hovedmetoder til fremstilling af nitrogen i ind- og udland.
Der er tre generelle metoder til fremstilling af nitrogen i industriel skala: produktion af nitrogen ved kryogen luftseparering, produktion af nitrogen ved tryksvingadsorption og produktion af nitrogen fra membranseparation.
Først: Kryogen luftseparation nitrogenproduktionsmetode
Kryogen luftseparation nitrogenproduktion er en traditionel kvælstofproduktionsmetode med en historie på næsten flere årtier. Den bruger luft som råmateriale, komprimerer og renser den og bruger derefter varmeveksling til at gøre luften flydende til flydende luft. Flydende luft er hovedsageligt en blanding af flydende oxygen og flydende nitrogen. De forskellige kogepunkter for flydende oxygen og flydende nitrogen bruges til at adskille dem gennem destillation af flydende luft for at opnå nitrogen.
Fordele: stor gasproduktion og høj renhed af produktnitrogen. Kryogen nitrogenproduktion kan producere ikke kun nitrogen, men også flydende nitrogen, som opfylder proceskravene til flydende nitrogen og kan opbevares i flydende nitrogen lagertanke. Når der er en intermitterende nitrogenbelastning eller en mindre reparation af luftseparationsudstyret, kommer det flydende nitrogen i lagertanken ind i fordamperen og opvarmes og sendes derefter til produktets nitrogenrørledning for at imødekomme procesenhedens nitrogenbehov. Driftscyklussen for kryogen kvælstofproduktion (hvis der henvises til intervallet mellem to store opvarmninger) er generelt mere end 1 år, så kryogen kvælstofproduktion betragtes generelt ikke som en standby.
Ulemper: Kryogen nitrogenproduktion kan producere nitrogen med en renhed på ≧99,999%, men renheden af nitrogen er begrænset af nitrogenbelastning, antal bakker, bakkeeffektivitet og iltrenhed i flydende luft, og justeringsområdet er meget lille. Derfor, for et sæt kryogent nitrogenproduktionsudstyr, er produktrenheden grundlæggende sikker og ubelejlig at justere. Da den kryogene metode udføres ved ekstremt lave temperaturer, skal udstyret have en forkølende opstartsproces, før det sættes i normal drift. Opstartstiden, det vil sige tiden fra start af ekspanderen til det tidspunkt, hvor nitrogenrenheden når kravet, er generelt ikke mindre end 12 timer; før udstyret går i eftersyn, skal det have en periode med opvarmning og optøningstid, generelt 24 timer. Derfor bør det kryogene nitrogenproduktionsudstyr ikke startes og stoppes ofte, og det er tilrådeligt at arbejde kontinuerligt i lang tid.
Derudover er den kryogene proces kompleks, optager et stort område, har høje infrastrukturomkostninger, kræver særlige vedligeholdelsesstyrker, har et stort antal operatører og producerer gas langsomt (18 til 24 timer). Den er velegnet til industriel kvælstofproduktion i stor skala.
Andet: Pressure Swing Adsorption (PSA) nitrogenproduktionsmetode
Pressure Swing Adsorption (PSA) gasseparationsteknologi er en vigtig gren af ikke-kryogen gasseparationsteknologi. Det er resultatet af folks langsigtede bestræbelser på at finde en enklere luftseparationsmetode end den kryogene metode.
I 1970'erne udviklede det vesttyske Essen Mining Company succesfuldt kulstofmolekylsigter, hvilket banede vejen for industrialiseringen af PSA-luftsepareringsnitrogenproduktion. I løbet af de sidste 30 år har denne teknologi udviklet sig hurtigt og modnet. Det er blevet en stærk konkurrent til kryogen luftseparering inden for små og mellemstore kvælstofproduktion.
Tryksvingadsorption nitrogenproduktion bruger luft som råmateriale og kulstofmolekylsigte som adsorbent. Den bruger egenskaberne ved kulstofmolekylsigtens selektive adsorption af oxygen og nitrogen i luften og bruger princippet om tryksvingningsadsorption (trykadsorption, trykreduktionsdesorption og molekylsigteregenerering) til at adskille oxygen og nitrogen ved stuetemperatur for at producere nitrogen.
Sammenlignet med kryogen luftseparation nitrogenproduktion har tryksving adsorption nitrogenproduktion betydelige fordele: adsorptionsseparation udføres ved stuetemperatur, processen er enkel, udstyret er kompakt, fodaftrykket er lille, det er nemt at starte og stoppe, det starter hurtigt, gasproduktionen er hurtig (generelt ca. 30 minutter), energiforbruget er lille, driftsomkostningerne er lave, automatiseringsgraden er høj, driften og vedligeholdelsen er bekvem, udskridningsinstallationen er praktisk, intet særligt fundament er påkrævet, kan produktets nitrogenrenhed justeres inden for et bestemt område, og nitrogenproduktionen er ≤3000Nm3/h. Derfor er tryksvingadsorptionsnitrogenproduktion særligt velegnet til intermitterende drift.
Indtil videre kan indenlandske og udenlandske modparter dog kun producere nitrogen med en renhed på 99,9% (dvs. O2≤0,1%) ved brug af PSA-nitrogenproduktionsteknologi. Nogle virksomheder kan producere 99,99% rent nitrogen (O2≤0,01%). Højere renhed er mulig ud fra PSA-nitrogenproduktionsteknologiens perspektiv, men produktionsomkostningerne er for høje, og brugerne vil sandsynligvis ikke acceptere det. Derfor skal brugen af PSA-nitrogenproduktionsteknologi til at producere højrent nitrogen også tilføje en post-stage rensningsanordning.
Nitrogenrensningsmetode (industriel skala)
(1) Hydrogeneringsdeoxygeneringsmetode.
Under påvirkning af en katalysator reagerer det resterende oxygen i nitrogenet med det tilsatte brint for at producere vand, og reaktionsformlen er: 2H2 + O2 = 2H2O. Derefter fjernes vandet med en højtryks-nitrogen-kompressor-booster, og det højrente nitrogen med følgende hovedkomponenter opnås ved eftertørring: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7x10-6. Omkostningerne ved nitrogenproduktion er omkring 0,5 yuan/m3.
(2) Hydrogenerings- og deoxygeneringsmetode.
Denne metode er opdelt i tre trin: det første trin er hydrogenering og deoxygenering, det andet trin er dehydrogenering, og det tredje trin er vandfjernelse. Højrent nitrogen med følgende sammensætning opnås: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Omkostningerne ved nitrogenproduktion er omkring 0,6 yuan/m3.
(3) Kulstofdeoxygeneringsmetode.
Under påvirkning af kulstofunderstøttet katalysator (ved en bestemt temperatur) reagerer den resterende oxygen i almindeligt nitrogen med kulstoffet fra katalysatoren selv for at generere CO2. Reaktionsformel: C + O2 = CO2. Efter det efterfølgende trin med fjernelse af CO2 og H2O opnås højrent nitrogen med følgende sammensætning: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Omkostningerne ved nitrogenproduktion er omkring 0,6 yuan/m3.
For det tredje: Membranseparation og luftseparation nitrogenproduktion
Membranseparation og luftseparation nitrogenproduktion er også en ny gren af ikke-kryogen nitrogenproduktionsteknologi. Det er en ny kvælstofproduktionsmetode, der udviklede sig hurtigt i udlandet i 1980'erne. Det er blevet promoveret og anvendt i Kina i de seneste år.
Membranseparation nitrogenproduktion bruger luft som råmateriale. Under et vist tryk bruger den de forskellige permeationshastigheder af oxygen og nitrogen i hulfibermembranen til at adskille oxygen og nitrogen for at producere nitrogen. Sammenlignet med de ovennævnte to nitrogenproduktionsmetoder har den karakteristika af enklere udstyrsstruktur, mindre volumen, ingen skifteventil, enklere drift og vedligeholdelse, hurtigere gasproduktion (inden for 3 minutter) og mere bekvem kapacitetsudvidelse.
Hulfibermembraner har dog skærpede krav til renheden af trykluft. Membranerne er tilbøjelige til ældning og svigt og er svære at reparere. Nye membraner skal udskiftes.
Membranseparationsnitrogenproduktion er mere velegnet til små og mellemstore brugere med krav til nitrogenrenhed på ≤98% og har det bedste funktion-prisforhold på dette tidspunkt; når nitrogenrenheden kræves til at være højere end 98%, er den omkring 30% højere end tryksvingningsadsorptionsnitrogenproduktionsanordningen med samme specifikation. Derfor, når højrent nitrogen produceres ved at kombinere membranseparationsnitrogenproduktion og nitrogenrensningsanordninger, er renheden af generel nitrogen generelt 98%, hvilket vil øge produktionsomkostningerne og driftsomkostningerne for rensningsanordningen.
Indlægstid: 24-jul-2024
