S pokrokem vědy a techniky a rozvojem ekonomiky se rozsah použití dusíku každým dnem rozšiřuje a pronikl do mnoha průmyslových odvětví a každodenního života.
Výrobci výroby dusíku – Čína a dodavatelé továrny na výrobu dusíku (xinfatools.com)
Dusík je hlavní složkou vzduchu, tvoří asi 78 % vzduchu. Elementární dusík N2 je za normálních podmínek bezbarvý plyn bez zápachu. Hustota plynu ve standardním stavu je 1,25 g/l. Bod tání je -210 ℃ a bod varu je -196 ℃. Kapalný dusík je nízkoteplotní chladivo (-196℃).
Dnes si představíme několik hlavních metod výroby dusíku doma i v zahraničí.
Existují tři obecné metody výroby dusíku v průmyslovém měřítku: výroba dusíku pro kryogenní separaci vzduchu, výroba dusíku pomocí adsorpce s kolísáním tlaku a výroba dusíku pro membránovou separaci.
Za prvé: Způsob výroby dusíku kryogenní separací vzduchu
Výroba dusíku kryogenní separací vzduchu je tradiční metoda výroby dusíku s historií téměř několika desetiletí. Používá vzduch jako surovinu, stlačuje ho a čistí a poté využívá výměnu tepla ke zkapalnění vzduchu na kapalný vzduch. Kapalný vzduch je převážně směs kapalného kyslíku a kapalného dusíku. Různé teploty varu kapalného kyslíku a kapalného dusíku se používají k jejich oddělení prostřednictvím destilace kapalného vzduchu za účelem získání dusíku.
Výhody: velká produkce plynu a vysoká čistota dusíku produktu. Produkcí kryogenního dusíku lze produkovat nejen dusík, ale i kapalný dusík, který splňuje procesní požadavky na kapalný dusík a lze jej skladovat ve skladovacích nádržích na kapalný dusík. Dojde-li k přerušovanému zatížení dusíkem nebo k menší opravě zařízení na separaci vzduchu, kapalný dusík v zásobní nádrži vstupuje do odpařovače a je ohříván a poté odeslán do potrubí s produktem dusíku, aby se uspokojila potřeba dusíku procesní jednotky. Provozní cyklus výroby kryogenního dusíku (vztahuje se na interval mezi dvěma velkými ohřevy) je obecně delší než 1 rok, takže výroba kryogenního dusíku se obecně nepovažuje za pohotovostní.
Nevýhody: Kryogenní produkce dusíku může produkovat dusík s čistotou ≧99,999 %, ale čistota dusíku je omezena zatížením dusíkem, počtem pater, účinností pater a čistotou kyslíku v kapalném vzduchu a rozsah nastavení je velmi malý. Proto je u sady zařízení na výrobu kryogenního dusíku čistota produktu v zásadě jistá a je nepohodlné ji upravovat. Vzhledem k tomu, že kryogenní metoda se provádí při extrémně nízkých teplotách, musí mít zařízení před uvedením do normálního provozu proces předchlazení. Doba spouštění, tj. doba od spuštění expandéru do doby, kdy čistota dusíku dosáhne požadavku, není obecně kratší než 12 hodin; než zařízení vstoupí do generální opravy, musí mít dobu zahřátí a rozmrazení, obvykle 24 hodin. Zařízení na výrobu kryogenního dusíku by se proto nemělo často spouštět a zastavovat a je vhodné provozovat nepřetržitě po dlouhou dobu.
Kromě toho je kryogenní proces složitý, zabírá velkou plochu, má vysoké náklady na infrastrukturu, vyžaduje speciální síly na údržbu, má velký počet operátorů a plyn produkuje pomalu (18 až 24 hodin). Je vhodný pro průmyslovou velkovýrobu dusíku.
Za druhé: Metoda výroby dusíku adsorpcí při tlakovém kolísání (PSA).
Technologie separace plynů s tlakovým výkyvem adsorpce (PSA) je důležitým odvětvím technologie separace nekryogenních plynů. Je výsledkem dlouhodobé snahy lidí najít jednodušší metodu separace vzduchu, než je metoda kryogenní.
V 70. letech 20. století západoněmecká těžařská společnost Essen úspěšně vyvinula uhlíková molekulární síta, čímž připravila cestu pro industrializaci výroby dusíku pro separaci vzduchu PSA. Za posledních 30 let se tato technologie rychle rozvinula a dospěla. Stala se silným konkurentem kryogenní separace vzduchu v oblasti malé a střední produkce dusíku.
Výroba dusíku adsorpcí při tlakovém kolísání využívá vzduch jako surovinu a uhlíkové molekulární síto jako adsorbent. Využívá charakteristiky selektivní adsorpce kyslíku a dusíku uhlíkovým molekulárním sítem ve vzduchu a využívá principu tlakové adsorpce (adsorpce tlakem, desorpce snížením tlaku a regenerace molekulárním sítem) k oddělení kyslíku a dusíku při pokojové teplotě za vzniku dusíku.
Ve srovnání s výrobou dusíku pro kryogenní separaci vzduchu má výroba dusíku s adsorpčním tlakem významné výhody: adsorpční separace se provádí při pokojové teplotě, proces je jednoduchý, zařízení je kompaktní, půdorys je malý, snadno se spustí a zastaví, začíná rychle, výroba plynu je rychlá (obecně asi 30 minut), spotřeba energie je malá, provozní náklady jsou nízké, stupeň automatizace je vysoký, provoz a údržba jsou pohodlné, instalace ližiny je pohodlná, žádný speciální základ Pokud je požadováno, čistotu dusíku produktu lze upravit v určitém rozsahu a produkce dusíku je ≤3000Nm3/h. Proto je výroba dusíku adsorpcí při kolísání tlaku zvláště vhodná pro přerušovaný provoz.
Tuzemští i zahraniční protějšky však zatím umí vyrábět pouze dusík o čistotě 99,9 % (tj. O2≤0,1 %) technologií výroby dusíku PSA. Některé společnosti mohou produkovat 99,99% čistý dusík (O2≤0,01%). Vyšší čistota je možná z pohledu technologie výroby dusíku PSA, ale výrobní náklady jsou příliš vysoké a uživatelé je pravděpodobně nepřijmou. Proto použití technologie výroby dusíku PSA k výrobě vysoce čistého dusíku musí také přidat zařízení pro následné čištění.
Metoda čištění dusíkem (průmyslové měřítko)
(1) Hydrogenační deoxygenační metoda.
Působením katalyzátoru zbytkový kyslík v dusíku reaguje s přidaným vodíkem za vzniku vody a reakční vzorec je: 2H2 + O2 = 2H2O. Poté se voda odstraní vysokotlakým posilovačem dusíkového kompresoru a dosušením se získá vysoce čistý dusík s následujícími hlavními složkami: N2≥99,999 %, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O ≤ 10,7 x 10-6. Náklady na výrobu dusíku jsou asi 0,5 juanů/m3.
(2) Hydrogenační a deoxygenační metoda.
Tento způsob je rozdělen do tří stupňů: prvním stupněm je hydrogenace a deoxygenace, druhým stupněm je dehydrogenace a třetím stupněm je odstranění vody. Získá se vysoce čistý dusík s následujícím složením: N2 ≥ 99,999 %, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Náklady na výrobu dusíku jsou asi 0,6 juanů/m3.
(3) Metoda deoxygenace uhlíku.
Působením uhlíkového katalyzátoru (při určité teplotě) zbytkový kyslík v běžném dusíku reaguje s uhlíkem poskytovaným samotným katalyzátorem za vzniku CO2. Reakční vzorec: C + O2 = CO2. Po následném stupni odstranění CO2 a H2O se získá vysoce čistý dusík s následujícím složením: N2 ≥ 99,999 %, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Náklady na výrobu dusíku jsou asi 0,6 juanů/m3.
Za třetí: Membránová a vzduchová separace produkce dusíku
Membránová separace a vzduchová separace výroba dusíku je také novým odvětvím technologie výroby nekryogenního dusíku. Jde o nový způsob výroby dusíku, který se v 80. letech rychle rozvinul v zahraničí. V posledních letech byla propagována a aplikována v Číně.
Membránová separační výroba dusíku využívá jako surovinu vzduch. Při určitém tlaku využívá různé rychlosti pronikání kyslíku a dusíku membránou z dutých vláken k oddělení kyslíku a dusíku za vzniku dusíku. Ve srovnání s výše uvedenými dvěma způsoby výroby dusíku má vlastnosti jednodušší konstrukce zařízení, menší objem, žádný přepínací ventil, jednodušší obsluha a údržba, rychlejší produkce plynu (do 3 minut) a pohodlnější rozšiřování kapacity.
Membrány z dutých vláken však mají přísnější požadavky na čistotu stlačeného vzduchu. Membrány jsou náchylné ke stárnutí a poruchám a je obtížné je opravit. Je třeba vyměnit nové membrány.
Výroba dusíku pro membránovou separaci je vhodnější pro malé a střední uživatele s požadavky na čistotu dusíku ≤ 98 % a má v současnosti nejlepší poměr funkce a ceny; když se požaduje, aby čistota dusíku byla vyšší než 98 %, je asi o 30 % vyšší než u zařízení na výrobu dusíku se střídáním tlaku se stejnou specifikací. Proto, když se vysoce čistý dusík vyrábí kombinací membránové separační produkce dusíku a zařízení na čištění dusíku, je čistota obecného dusíku obecně 98 %, což zvýší výrobní náklady a provozní náklady čisticího zařízení.
Čas odeslání: 24. července 2024
