Sa pag-unlad ng agham at teknolohiya at pag-unlad ng ekonomiya, ang saklaw ng paggamit ng nitrogen ay lumalawak araw-araw, at nakapasok na sa maraming sektor ng industriya at pang-araw-araw na buhay.
Nitrogen ay ang pangunahing bahagi ng hangin, accounting para sa tungkol sa 78% ng hangin. Ang elemental na nitrogen N2 ay isang walang kulay at walang amoy na gas sa ilalim ng normal na mga kondisyon. Ang density ng gas sa ilalim ng karaniwang estado ay 1.25 g/L. Ang punto ng pagkatunaw ay -210 ℃ at ang punto ng kumukulo ay -196 ℃. Ang likidong nitrogen ay isang mababang-temperatura na nagpapalamig (-196 ℃).
Ngayon ay ipakikilala namin ang ilang pangunahing pamamaraan para sa paggawa ng nitrogen sa bahay at sa ibang bansa.
Mayroong tatlong pangkalahatang pang-industriya-scale na paraan ng produksyon ng nitrogen: cryogenic air separation nitrogen production, pressure swing adsorption nitrogen production, at membrane separation nitrogen production.
Una: Cryogenic air separation nitrogen production method
Ang cryogenic air separation nitrogen production ay isang tradisyonal na paraan ng paggawa ng nitrogen na may kasaysayan ng halos ilang dekada. Gumagamit ito ng hangin bilang hilaw na materyal, pinipiga at dinadalisay ito, at pagkatapos ay gumagamit ng heat exchange upang tunawin ang hangin sa likidong hangin. Ang likidong hangin ay pangunahing pinaghalong likidong oxygen at likidong nitrogen. Ang iba't ibang mga punto ng kumukulo ng likidong oxygen at likidong nitrogen ay ginagamit upang paghiwalayin ang mga ito sa pamamagitan ng distillation ng likidong hangin upang makakuha ng nitrogen.
Mga kalamangan: malaking produksyon ng gas at mataas na kadalisayan ng nitrogen ng produkto. Ang produksyon ng cryogenic nitrogen ay maaaring makagawa ng hindi lamang nitrogen kundi pati na rin ang likidong nitrogen, na nakakatugon sa mga kinakailangan sa proseso ng likidong nitrogen at maaaring maimbak sa mga tangke ng imbakan ng likidong nitrogen. Kapag may pasulput-sulpot na nitrogen load o maliit na pag-aayos ng air separation equipment, ang likidong nitrogen sa storage tank ay pumapasok sa vaporizer at pinainit, at pagkatapos ay ipinadala sa product nitrogen pipeline upang matugunan ang nitrogen demand ng process unit. Ang operating cycle ng cryogenic nitrogen production (tumutukoy sa pagitan ng dalawang malalaking heating) sa pangkalahatan ay higit sa 1 taon, kaya ang cryogenic nitrogen production ay karaniwang hindi itinuturing na standby.
Mga Kakulangan: Ang produksyon ng cryogenic nitrogen ay maaaring makagawa ng nitrogen na may kadalisayan na ≧99.999%, ngunit ang kadalisayan ng nitrogen ay nalilimitahan ng nitrogen load, bilang ng mga tray, kahusayan ng tray at kadalisayan ng oxygen sa likidong hangin, at ang hanay ng pagsasaayos ay napakaliit. Samakatuwid, para sa isang set ng cryogenic nitrogen production equipment, ang kadalisayan ng produkto ay karaniwang tiyak at hindi maginhawa upang ayusin. Dahil ang cryogenic na pamamaraan ay isinasagawa sa napakababang temperatura, ang kagamitan ay dapat magkaroon ng pre-cooling start-up na proseso bago ito ilagay sa normal na operasyon. Ang oras ng pagsisimula, iyon ay, ang oras mula sa simula ng expander hanggang sa oras na ang nitrogen purity ay umabot sa kinakailangan, ay karaniwang hindi kukulangin sa 12 oras; bago pumasok ang kagamitan sa overhaul, dapat itong magkaroon ng panahon ng pag-init at oras ng lasaw, sa pangkalahatan ay 24 na oras. Samakatuwid, ang kagamitan sa paggawa ng cryogenic nitrogen ay hindi dapat simulan at itigil nang madalas, at ipinapayong patuloy na gumana sa mahabang panahon.
Bilang karagdagan, ang proseso ng cryogenic ay kumplikado, sumasakop sa isang malaking lugar, may mataas na gastos sa imprastraktura, nangangailangan ng mga espesyal na puwersa ng pagpapanatili, may malaking bilang ng mga operator, at gumagawa ng gas nang mabagal (18 hanggang 24 na oras). Ito ay angkop para sa malakihang pang-industriya na produksyon ng nitrogen.
Pangalawa: Pressure Swing Adsorption (PSA) Nitrogen Production Method
Ang Pressure Swing Adsorption (PSA) na teknolohiya sa paghihiwalay ng gas ay isang mahalagang sangay ng non-cryogenic gas separation technology. Ito ay resulta ng pangmatagalang pagsisikap ng mga tao na makahanap ng mas simpleng paraan ng paghihiwalay ng hangin kaysa sa cryogenic na paraan.
Noong 1970s, matagumpay na nakabuo ang West German Essen Mining Company ng mga carbon molecular sieves, na nagbigay daan para sa industriyalisasyon ng produksyon ng nitrogen sa paghihiwalay ng hangin ng PSA. Sa nakalipas na 30 taon, ang teknolohiyang ito ay mabilis na umunlad at tumanda. Ito ay naging isang malakas na katunggali ng cryogenic air separation sa larangan ng maliit at katamtamang laki ng produksyon ng nitrogen.
Ang pressure swing adsorption nitrogen production ay gumagamit ng hangin bilang raw material at carbon molecular sieve bilang adsorbent. Ginagamit nito ang mga katangian ng selective adsorption ng oxygen at nitrogen sa hangin ng carbon molecular sieve, at ginagamit ang prinsipyo ng pressure swing adsorption (pressure adsorption, pressure reduction desorption at molecular sieve regeneration) upang paghiwalayin ang oxygen at nitrogen sa room temperature para makagawa ng nitrogen.
Kung ikukumpara sa cryogenic air separation nitrogen production, ang pressure swing adsorption nitrogen production ay may makabuluhang pakinabang: ang paghihiwalay ng adsorption ay isinasagawa sa temperatura ng silid, ang proseso ay simple, ang kagamitan ay compact, ang footprint ay maliit, ito ay madaling magsimula at huminto, ito mabilis na nagsisimula, mabilis ang produksyon ng gas (karaniwan ay mga 30 minuto), maliit ang pagkonsumo ng enerhiya, mababa ang gastos sa pagpapatakbo, mataas ang antas ng automation, maginhawa ang operasyon at pagpapanatili, maginhawa ang pag-install ng skid, walang espesyal na pundasyon ay kinakailangan, ang nitrogen purity ng produkto ay maaaring iakma sa loob ng isang tiyak na hanay, at ang produksyon ng nitrogen ay ≤3000Nm3/h. Samakatuwid, ang pressure swing adsorption nitrogen production ay partikular na angkop para sa pasulput-sulpot na operasyon.
Gayunpaman, sa ngayon, ang mga domestic at foreign counterparts ay makakagawa lamang ng nitrogen na may kadalisayan na 99.9% (ibig sabihin, O2≤0.1%) gamit ang PSA nitrogen production technology. Ang ilang mga kumpanya ay maaaring gumawa ng 99.99% purong nitrogen (O2≤0.01%). Posible ang mas mataas na kadalisayan mula sa pananaw ng teknolohiya ng produksyon ng PSA nitrogen, ngunit ang gastos sa produksyon ay masyadong mataas at malamang na hindi ito tanggapin ng mga user. Samakatuwid, ang paggamit ng PSA nitrogen production technology para makagawa ng high-purity nitrogen ay dapat ding magdagdag ng post-stage purification device.
Paraan ng paglilinis ng nitrogen (pang-industriya na sukat)
(1) Hydrogenation deoxygenation method.
Sa ilalim ng pagkilos ng isang katalista, ang natitirang oxygen sa nitrogen ay tumutugon sa idinagdag na hydrogen upang makagawa ng tubig, at ang formula ng reaksyon ay: 2H2 + O2 = 2H2O. Pagkatapos, ang tubig ay inaalis ng isang high-pressure nitrogen compressor booster, at ang high-purity nitrogen na may mga sumusunod na pangunahing bahagi ay nakukuha sa pamamagitan ng post-drying: N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10.7×10-6. Ang halaga ng produksyon ng nitrogen ay humigit-kumulang 0.5 yuan/m3.
(2) Paraan ng hydrogenation at deoxygenation.
Ang pamamaraang ito ay nahahati sa tatlong yugto: ang unang yugto ay hydrogenation at deoxygenation, ang pangalawang yugto ay dehydrogenation, at ang ikatlong yugto ay ang pagtanggal ng tubig. Nakukuha ang high-purity nitrogen na may sumusunod na komposisyon: N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6. Ang halaga ng produksyon ng nitrogen ay humigit-kumulang 0.6 yuan/m3.
(3) Paraan ng carbon deoxygenation.
Sa ilalim ng pagkilos ng carbon-supported catalyst (sa isang tiyak na temperatura), ang natitirang oxygen sa ordinaryong nitrogen ay tumutugon sa carbon na ibinigay ng catalyst mismo upang makabuo ng CO2. Formula ng reaksyon: C + O2 = CO2. Matapos ang kasunod na yugto ng pag-alis ng CO2 at H2O, ang high-purity nitrogen na may sumusunod na komposisyon ay nakuha: N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6. Ang halaga ng produksyon ng nitrogen ay humigit-kumulang 0.6 yuan/m3.
Pangatlo: Paghihiwalay ng lamad at paggawa ng nitrogen sa paghihiwalay ng hangin
Ang separation ng lamad at air separation ng nitrogen production ay isa ring bagong sangay ng non-cryogenic nitrogen production technology. Ito ay isang bagong paraan ng paggawa ng nitrogen na mabilis na umunlad sa ibang bansa noong 1980s. Ito ay na-promote at inilapat sa China sa mga nakaraang taon.
Ang paggawa ng nitrogen sa paghihiwalay ng lamad ay gumagamit ng hangin bilang hilaw na materyal. Sa ilalim ng isang tiyak na presyon, ginagamit nito ang iba't ibang mga rate ng permeation ng oxygen at nitrogen sa hollow fiber membrane upang paghiwalayin ang oxygen at nitrogen upang makagawa ng nitrogen. Kung ikukumpara sa dalawang paraan ng produksyon ng nitrogen sa itaas, mayroon itong mga katangian ng mas simpleng istraktura ng kagamitan, mas maliit na volume, walang switching valve, mas simpleng operasyon at pagpapanatili, mas mabilis na produksyon ng gas (sa loob ng 3 minuto), at mas maginhawang pagpapalawak ng kapasidad.
Gayunpaman, ang mga hollow fiber membrane ay may mas mahigpit na mga kinakailangan sa kalinisan ng naka-compress na hangin. Ang mga lamad ay madaling kapitan ng pagtanda at pagkabigo, at mahirap ayusin. Ang mga bagong lamad ay kailangang mapalitan.
Ang paggawa ng nitrogen sa paghihiwalay ng lamad ay mas angkop para sa mga maliliit at katamtamang laki ng mga gumagamit na may mga kinakailangan sa kadalisayan ng nitrogen na ≤98%, at may pinakamahusay na ratio ng function-price sa oras na ito; kapag ang nitrogen kadalisayan ay kinakailangan na mas mataas kaysa sa 98%, ito ay tungkol sa 30% na mas mataas kaysa sa pressure swing adsorption nitrogen production device ng parehong detalye. Samakatuwid, kapag ang high-purity nitrogen ay ginawa sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng membrane separation nitrogen production at nitrogen purification device, ang kadalisayan ng pangkalahatang nitrogen ay karaniwang 98%, na magpapataas sa gastos ng produksyon at gastos sa pagpapatakbo ng purification device.
Oras ng post: Hul-24-2024
