S pokrokom vedy a techniky a rozvojom hospodárstva sa rozsah použitia dusíka každým dňom rozširuje a prenikol do mnohých priemyselných odvetví a každodenného života.
Výrobcovia výroby dusíka – Čínska továreň na výrobu dusíka a dodávatelia (xinfatools.com)
Dusík je hlavnou zložkou vzduchu, tvorí asi 78 % vzduchu. Elementárny dusík N2 je za normálnych podmienok bezfarebný plyn bez zápachu. Hustota plynu v štandardnom stave je 1,25 g/l. Teplota topenia je -210 ℃ a teplota varu je -196 ℃. Kvapalný dusík je nízkoteplotné chladivo (-196 ℃).
Dnes si predstavíme niekoľko hlavných metód výroby dusíka doma aj v zahraničí.
Existujú tri všeobecné spôsoby výroby dusíka v priemyselnom meradle: výroba dusíka na kryogénnu separáciu vzduchu, výroba dusíka na adsorpciu tlaku a membránová separácia dusíka.
Po prvé: Metóda výroby dusíka na separáciu kryogénneho vzduchu
Výroba dusíka kryogénnou separáciou vzduchu je tradičný spôsob výroby dusíka s históriou takmer niekoľko desaťročí. Používa vzduch ako surovinu, stláča ho a čistí a potom využíva výmenu tepla na skvapalnenie vzduchu na kvapalný vzduch. Kvapalný vzduch je hlavne zmes tekutého kyslíka a tekutého dusíka. Rôzne teploty varu kvapalného kyslíka a kvapalného dusíka sa používajú na ich oddelenie prostredníctvom destilácie kvapalného vzduchu na získanie dusíka.
Výhody: veľká produkcia plynu a vysoká čistota dusíka produktu. Výroba kryogénneho dusíka môže produkovať nielen dusík, ale aj kvapalný dusík, ktorý spĺňa procesné požiadavky na kvapalný dusík a možno ho skladovať v zásobníkoch na kvapalný dusík. Keď dôjde k prerušovanému zaťaženiu dusíkom alebo k menšej oprave zariadenia na separáciu vzduchu, kvapalný dusík v zásobnej nádrži vstupuje do odparovača a ohrieva sa a potom sa posiela do produktovodu dusíka, aby sa uspokojila potreba dusíka procesnej jednotky. Prevádzkový cyklus výroby kryogénneho dusíka (vzťahujúci sa na interval medzi dvoma veľkými ohrevmi) je vo všeobecnosti dlhší ako 1 rok, takže výroba kryogénneho dusíka sa vo všeobecnosti nepovažuje za pohotovostný režim.
Nevýhody: Produkcia kryogénneho dusíka môže produkovať dusík s čistotou ≧99,999 %, ale čistota dusíka je obmedzená zaťažením dusíkom, počtom podnosov, účinnosťou podnosov a čistotou kyslíka v kvapalnom vzduchu a rozsah nastavenia je veľmi malý. Preto je pre sadu zariadení na výrobu kryogénneho dusíka čistota produktu v zásade istá a je nepohodlné ju upravovať. Keďže kryogénna metóda sa vykonáva pri extrémne nízkych teplotách, zariadenie musí mať pred uvedením do normálnej prevádzky proces predchladenia. Čas spustenia, to znamená čas od spustenia expandéra do času, keď čistota dusíka dosiahne požiadavku, nie je vo všeobecnosti kratší ako 12 hodín; pred tým, než zariadenie vstúpi do generálnej opravy, musí mať čas zahrievania a rozmrazovania, zvyčajne 24 hodín. Zariadenie na výrobu kryogénneho dusíka by sa preto nemalo často spúšťať a zastavovať a odporúča sa nepretržite pracovať po dlhú dobu.
Okrem toho je kryogénny proces zložitý, zaberá veľkú plochu, má vysoké náklady na infraštruktúru, vyžaduje špeciálne sily na údržbu, má veľký počet operátorov a plyn produkuje pomaly (18 až 24 hodín). Je vhodný na priemyselnú veľkovýrobu dusíka.
Po druhé: Spôsob výroby dusíka s adsorpciou tlakových výkyvov (PSA).
Technológia separácie plynov s tlakovým výkyvom adsorpcie (PSA) je dôležitým odvetvím technológie separácie nekryogénnych plynov. Je výsledkom dlhodobého úsilia ľudí nájsť jednoduchšiu metódu separácie vzduchu ako je kryogénna metóda.
V 70. rokoch 20. storočia západonemecká banská spoločnosť v Essene úspešne vyvinula uhlíkové molekulárne sitá, čím pripravila pôdu pre industrializáciu výroby dusíka na separáciu vzduchu PSA. Za posledných 30 rokov sa táto technológia rýchlo vyvinula a dozrela. Stala sa silným konkurentom kryogénnej separácie vzduchu v oblasti malej a strednej produkcie dusíka.
Výroba dusíka pri adsorpcii tlakových výkyvov využíva vzduch ako surovinu a uhlíkové molekulové sito ako adsorbent. Využíva charakteristiky selektívnej adsorpcie kyslíka a dusíka uhlíkovým molekulovým sitom vo vzduchu a využíva princíp adsorpcie s kolísaním tlaku (adsorpcia tlaku, desorpcia znížením tlaku a regenerácia molekulovým sitom) na oddelenie kyslíka a dusíka pri izbovej teplote za vzniku dusíka.
V porovnaní s výrobou dusíka na separáciu kryogénneho vzduchu má výroba dusíka s adsorpčným tlakovým výkyvom významné výhody: adsorpčná separácia sa vykonáva pri izbovej teplote, proces je jednoduchý, zariadenie je kompaktné, pôdorys je malý, ľahko sa spúšťa a zastavuje, začína rýchlo, výroba plynu je rýchla (zvyčajne asi 30 minút), spotreba energie je malá, prevádzkové náklady sú nízke, stupeň automatizácie je vysoký, prevádzka a údržba sú pohodlné, inštalácia šmyku je pohodlná, žiadny špeciálny základ Ak sa vyžaduje, čistotu dusíka produktu je možné upraviť v určitom rozsahu a produkcia dusíka je ≤ 3000 Nm3/h. Preto je výroba adsorpčného dusíka s kolísaním tlaku obzvlášť vhodná pre prerušovanú prevádzku.
Zatiaľ však domáci a zahraniční partneri dokážu vyrobiť dusík s čistotou 99,9 % (tj. O2≤0,1 %) pomocou technológie výroby dusíka PSA. Niektoré spoločnosti dokážu produkovať 99,99 % čistý dusík (O2≤0,01 %). Vyššia čistota je možná z pohľadu technológie výroby dusíka PSA, ale výrobné náklady sú príliš vysoké a používatelia to pravdepodobne neprijmú. Preto použitie technológie výroby dusíka PSA na výrobu vysoko čistého dusíka musí tiež pridať zariadenie na čistenie po etape.
Metóda čistenia dusíka (v priemyselnom meradle)
(1) Hydrogenačná deoxygenačná metóda.
Pôsobením katalyzátora zvyškový kyslík v dusíku reaguje s pridaným vodíkom za vzniku vody a reakčný vzorec je: 2H2 + O2 = 2H2O. Potom sa voda odstráni vysokotlakovým posilňovačom dusíka a dodatočným sušením sa získa vysoko čistý dusík s nasledujúcimi hlavnými zložkami: N2≥99,999 %, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H20 ≤ 10,7 x 10-6. Náklady na výrobu dusíka sú približne 0,5 juanu/m3.
(2) Hydrogenačná a deoxygenačná metóda.
Táto metóda je rozdelená do troch stupňov: prvý stupeň je hydrogenácia a deoxygenácia, druhý stupeň je dehydrogenácia a tretí stupeň je odstraňovanie vody. Získa sa vysoko čistý dusík s nasledujúcim zložením: N2 ≥ 99,999 %, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H20 ≤ 10,7 × 10-6. Náklady na výrobu dusíka sú približne 0,6 juanov/m3.
(3) Metóda deoxygenácie uhlíka.
Pôsobením katalyzátora na uhlíkovom nosiči (pri určitej teplote) reaguje zvyškový kyslík v bežnom dusíku s uhlíkom poskytnutým samotným katalyzátorom za vzniku CO2. Vzorec reakcie: C + O2 = CO2. Po následnom stupni odstraňovania CO2 a H2O sa získa vysoko čistý dusík s nasledujúcim zložením: N2 ≥ 99,999 %, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Náklady na výrobu dusíka sú približne 0,6 juanov/m3.
Po tretie: Membránová separácia a výroba dusíka na separáciu vzduchu
Membránová separácia a výroba dusíka na separáciu vzduchu je tiež novým odvetvím technológie výroby nekryogénneho dusíka. Ide o nový spôsob výroby dusíka, ktorý sa v 80. rokoch rýchlo rozvinul v zahraničí. V posledných rokoch bol propagovaný a aplikovaný v Číne.
Výroba dusíka na membránovú separáciu využíva vzduch ako surovinu. Pri určitom tlaku využíva rôzne rýchlosti prestupu kyslíka a dusíka v membráne z dutého vlákna na oddelenie kyslíka a dusíka na produkciu dusíka. V porovnaní s vyššie uvedenými dvoma spôsobmi výroby dusíka má vlastnosti jednoduchšej štruktúry zariadenia, menšieho objemu, bez prepínacieho ventilu, jednoduchšej prevádzky a údržby, rýchlejšej výroby plynu (do 3 minút) a pohodlnejšieho rozšírenia kapacity.
Membrány z dutých vlákien však majú prísnejšie požiadavky na čistotu stlačeného vzduchu. Membrány sú náchylné na starnutie a zlyhanie a je ťažké ich opraviť. Je potrebné vymeniť nové membrány.
Výroba dusíka na membránovú separáciu je vhodnejšia pre malých a stredných používateľov s požiadavkami na čistotu dusíka ≤ 98% a má v súčasnosti najlepší pomer funkcie a ceny; keď sa požaduje, aby čistota dusíka bola vyššia ako 98 %, je približne o 30 % vyššia ako pri zariadení na výrobu dusíka s kolísaním tlaku s rovnakou špecifikáciou. Preto, keď sa dusík vysokej čistoty vyrába kombináciou zariadení na výrobu dusíka na membránovú separáciu a zariadení na čistenie dusíka, čistota všeobecného dusíka je vo všeobecnosti 98 %, čo zvýši výrobné náklady a prevádzkové náklady čistiaceho zariadenia.
Čas odoslania: 24. júla 2024
