Ғылым мен техниканың прогрессімен және экономиканың дамуымен азоттың қолдану аясы күннен-күнге кеңейіп, көптеген өнеркәсіп салаларына және күнделікті өмірге еніп кетті.
Азот өндірісін өндірушілер - Қытайдағы азот өндіру зауыты және жеткізушілер (xinfatools.com)
Азот ауаның негізгі құрамдас бөлігі болып табылады, ауаның шамамен 78% құрайды. N2 элементтік азот қалыпты жағдайда түссіз және иіссіз газ болып табылады. Стандартты күйдегі газдың тығыздығы 1,25 г/л. Балқу температурасы -210 ℃, қайнау температурасы -196 ℃. Сұйық азот – төмен температуралы салқындатқыш агент (-196℃).
Бүгін біз үйде және шетелде азот өндірудің бірнеше негізгі әдістерімен таныстырамыз.
Өнеркәсіптік ауқымда азот өндірудің үш жалпы әдісі бар: криогенді ауамен бөлінетін азот өндірісі, қысымның өзгермелі адсорбциялық азот өндірісі және мембраналық азотты бөлу.
Бірінші: Криогенді ауаны бөлу азот өндіру әдісі
Криогендік ауаны бөлу азотын өндіру бірнеше ондаған жылдарға жуық тарихы бар азот өндірудің дәстүрлі әдісі болып табылады. Ол ауаны шикізат ретінде пайдаланады, оны сығымдайды және тазартады, содан кейін ауаны сұйық ауаға сұйылту үшін жылу алмасуды пайдаланады. Сұйық ауа негізінен сұйық оттегі мен сұйық азот қоспасынан тұрады. Сұйық оттегі мен сұйық азоттың әртүрлі қайнау нүктелері оларды азот алу үшін сұйық ауаны айдау арқылы бөлу үшін қолданылады.
Артықшылықтары: үлкен газ өндіру және өнім азотының жоғары тазалығы. Криогенді азот өндірісі тек азотты ғана емес, сонымен қатар сұйық азоттың технологиялық талаптарына жауап беретін және сұйық азотты сақтайтын резервуарларда сақтауға болатын сұйық азотты да өндіре алады. Үзіліссіз азот жүктемесі болған кезде немесе ауаны бөлетін жабдықты шамалы жөндеу кезінде, қоймадағы сұйық азот буландырғышқа түседі және қыздырылады, содан кейін технологиялық қондырғының азотқа қажеттілігін қанағаттандыру үшін өнім азот құбырына жіберіледі. Криогенді азот өндірудің жұмыс циклі (екі үлкен қыздыру арасындағы интервалға қатысты) әдетте 1 жылдан асады, сондықтан криогендік азот өндірісі әдетте күту режимі ретінде қарастырылмайды.
Кемшіліктері: Криогенді азот өндірісі тазалығы ≧99,999% азотты алуға болады, бірақ азоттың тазалығы азот жүктемесі, науалар саны, науа тиімділігі және сұйық ауадағы оттегі тазалығымен шектеледі, ал реттеу диапазоны өте аз. Сондықтан, криогенді азот өндіру жабдықтарының жиынтығы үшін өнімнің тазалығы негізінен белгілі және реттеуге ыңғайсыз. Криогендік әдіс өте төмен температурада жүзеге асырылатындықтан, жабдық қалыпты жұмысқа кіріспес бұрын салқындату алдындағы іске қосу процесі болуы керек. Іске қосу уақыты, яғни экспандер іске қосылғаннан азот тазалығы талапқа жеткенге дейінгі уақыт, әдетте, 12 сағаттан кем емес; Жабдық күрделі жөндеуге кіріспес бұрын оның қыздыру және еріту уақыты, әдетте 24 сағат болуы керек. Сондықтан криогенді азот өндіруге арналған жабдықты жиі іске қосуға және тоқтатуға болмайды және ұзақ уақыт бойы үздіксіз жұмыс істеген жөн.
Сонымен қатар, криогендік процесс күрделі, үлкен аумақты алып жатыр, инфрақұрылымдық шығындары жоғары, арнайы техникалық қызмет көрсету күштерін қажет етеді, операторлар саны көп және газды баяу (18-ден 24 сағатқа дейін) шығарады. Ол кең ауқымды өнеркәсіптік азот өндіруге жарамды.
Екінші: Қысыммен өзгермелі адсорбция (PSA) азот өндіру әдісі
Қысыммен бұрылу адсорбциясы (PSA) газды бөлу технологиясы криогенді емес газды бөлу технологиясының маңызды саласы болып табылады. Бұл криогендік әдіске қарағанда қарапайым ауаны бөлу әдісін табуға адамдардың ұзақ мерзімді күш-жігерінің нәтижесі.
1970 жылдары Батыс Германияның Эссен тау-кен компаниясы көміртекті молекулалық електерді сәтті жасап шығарды, бұл PSA ауа бөлетін азот өндірісін индустрияландыруға жол ашты. Соңғы 30 жылда бұл технология қарқынды дамып, жетілді. Ол шағын және орта азот өндірісі саласында криогендік ауаны бөлудің күшті бәсекелесіне айналды.
Қысыммен адсорбциялық азот өндіру шикізат ретінде ауаны және адсорбент ретінде көміртегі молекулалық елеуішті пайдаланады. Ол көміртекті молекулалық електің ауадағы оттегі мен азотты селективті адсорбциялау сипаттамаларын пайдаланады және азот алу үшін бөлме температурасында оттегі мен азотты бөлу үшін қысымның өзгермелі адсорбциясы (қысым адсорбциясы, қысымды төмендету десорбциясы және молекулалық елеуіш регенерациясы) принципін пайдаланады.
Криогенді ауамен бөлінетін азот өндірісімен салыстырғанда, қысымның ауытқуы адсорбциялық азот өндірісі айтарлықтай артықшылықтарға ие: адсорбциялық бөлу бөлме температурасында жүзеге асырылады, процесс қарапайым, жабдық жинақы, ізі аз, іске қосу және тоқтату оңай, ол тез басталады, газ өндіру жылдам (негізінен шамамен 30 минут), энергия шығыны аз, пайдалану құны төмен, автоматтандыру дәрежесі жоғары, пайдалану және техникалық қызмет көрсету ыңғайлы, сырғанақ орнату ыңғайлы, арнайы негіз жоқ талап етілсе, өнімнің азот тазалығын белгілі бір диапазонда реттеуге болады, ал азот өндірісі ≤3000Нм3/сағ. Сондықтан, қысымның өзгермелі адсорбциялық азот өндірісі үзік-үзік жұмыс үшін өте қолайлы.
Дегенмен, әзірге отандық және шетелдік аналогтар PSA азот өндіру технологиясын қолдана отырып, тазалығы 99,9% (яғни, O2≤0,1%) азотты ғана өндіре алады. Кейбір компаниялар 99,99% таза азот (O2≤0,01%) өндіре алады. PSA азотын өндіру технологиясы тұрғысынан жоғары тазалық мүмкін, бірақ өндіріс құны тым жоғары және пайдаланушылар оны қабылдауы екіталай. Сондықтан жоғары таза азотты алу үшін PSA азотын өндіру технологиясын пайдалану сонымен қатар кезеңнен кейінгі тазарту құрылғысын қосу керек.
Азотты тазарту әдісі (өнеркәсіптік масштабта)
(1) Гидрогенизациялау оксигенация әдісі.
Катализатордың әсерінен азоттағы қалдық оттегі қосылған сутегімен әрекеттесіп, су түзеді және реакция формуласы: 2H2 + O2 = 2H2O. Содан кейін су жоғары қысымды азот компрессорының күшейткішімен жойылады және келесі негізгі компоненттері бар жоғары таза азот келесі кептіру арқылы алынады: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Азот өндіру құны шамамен 0,5 юань/м3 құрайды.
(2) Гидрогенизация және оксигенация әдісі.
Бұл әдіс үш кезеңге бөлінеді: бірінші кезең - гидрлеу және оксигенация, екінші кезең - дегидрлеу, үшінші кезең - суды жою. Келесі құрамы бар жоғары таза азот алынады: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Азот өндіру құны шамамен 0,6 юань/м3 құрайды.
(3) Көміртекті оксигенациялау әдісі.
Көміртекті катализатордың әсерінен (белгілі бір температурада) қарапайым азоттағы қалдық оттегі катализатордың өзі қамтамасыз ететін көміртегімен әрекеттеседі және СО2 түзеді. Реакция формуласы: C + O2 = CO2. CO2 және H2O жоюдың келесі кезеңінен кейін келесі құрамы бар жоғары таза азот алынады: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Азот өндіру құны шамамен 0,6 юань/м3 құрайды.
Үшінші: Мембраналық бөлу және ауаны бөлу азотын өндіру
Мембраналық бөлу және ауаны бөлу азот өндірісі де криогенді емес азот өндіру технологиясының жаңа саласы болып табылады. Бұл 1980 жылдары шетелде қарқынды дамыған азот өндірудің жаңа әдісі. Ол соңғы жылдары Қытайда насихатталып, қолданыла бастады.
Мембраналық бөлу азотын өндіру шикізат ретінде ауаны пайдаланады. Белгілі бір қысымда ол азот алу үшін оттегі мен азотты бөлу үшін қуыс талшықты мембранадағы оттегі мен азоттың әртүрлі өту жылдамдығын пайдаланады. Жоғарыда аталған екі азот өндіру әдісімен салыстырғанда, ол қарапайым жабдық құрылымы, кішірек көлем, коммутациялық клапанның жоқтығы, қарапайым пайдалану және техникалық қызмет көрсету, тезірек газ өндіру (3 минут ішінде) және қуаттылықты кеңейту сипаттамаларына ие.
Дегенмен, қуыс талшықты мембраналар сығылған ауаның тазалығына қатаң талаптар қояды. Қабықшалар қартаюға және істен шығуға бейім, оларды жөндеу қиын. Жаңа мембраналарды ауыстыру қажет.
Мембраналық бөлу азот өндірісі азот тазалығы талаптары ≤98% болатын шағын және орта пайдаланушылар үшін қолайлы және қазіргі уақытта ең жақсы функция-баға қатынасы бар; азот тазалығы 98% жоғары болуы талап етілсе, ол бірдей спецификациядағы қысымның өзгермелі адсорбциялық азот өндіру құрылғысынан шамамен 30% жоғары. Сондықтан, мембраналық бөлу азотын өндіру мен азотты тазарту құрылғыларын біріктіру арқылы жоғары таза азот өндірілген кезде, жалпы азоттың тазалығы әдетте 98% құрайды, бұл тазарту құрылғысының өндірістік құнын және пайдалану құнын арттырады.
Хабарлама уақыты: 24 шілде 2024 ж
