Dòng Nitơ (II) Chuẩn bị Nitơ

Các nhà sản xuất sản xuất nitơ - Nhà máy và nhà cung cấp sản xuất nitơ Trung Quốc (xinfatools.com)

Nitơ là thành phần chính của không khí, chiếm khoảng 78% thể tích không khí. Nitơ nguyên tố N2 là chất khí không màu, không mùi trong điều kiện bình thường. Mật độ khí ở trạng thái tiêu chuẩn là 1,25 g/L. Điểm nóng chảy là -210oC và điểm sôi là -196oC. Nitơ lỏng là chất làm lạnh ở nhiệt độ thấp (-196oC).

Hôm nay chúng tôi sẽ giới thiệu một số phương pháp chính để sản xuất nitơ trong và ngoài nước.

Có ba phương pháp sản xuất nitơ quy mô công nghiệp chung: sản xuất nitơ tách không khí đông lạnh, sản xuất nitơ hấp phụ dao động áp suất và sản xuất nitơ tách màng.

Thứ nhất: Phương pháp sản xuất nitơ tách không khí đông lạnh

Sản xuất nitơ tách không khí đông lạnh là phương pháp sản xuất nitơ truyền thống có lịch sử gần vài thập kỷ. Nó sử dụng không khí làm nguyên liệu thô, nén và làm sạch nó, sau đó sử dụng sự trao đổi nhiệt để hóa lỏng không khí thành không khí lỏng. Không khí lỏng chủ yếu là hỗn hợp oxy lỏng và nitơ lỏng. Các điểm sôi khác nhau của oxy lỏng và nitơ lỏng được sử dụng để tách chúng thông qua quá trình chưng cất không khí lỏng để thu được nitơ.

Ưu điểm: sản lượng khí lớn và độ tinh khiết cao của nitơ sản phẩm. Sản xuất nitơ đông lạnh không chỉ có thể tạo ra nitơ mà còn cả nitơ lỏng, đáp ứng yêu cầu quy trình của nitơ lỏng và có thể được lưu trữ trong bể chứa nitơ lỏng. Khi có tải nitơ không liên tục hoặc sửa chữa nhỏ thiết bị tách khí, nitơ lỏng trong bể chứa sẽ đi vào thiết bị bay hơi và được làm nóng, sau đó được gửi đến đường ống nitơ của sản phẩm để đáp ứng nhu cầu nitơ của đơn vị xử lý. Chu kỳ hoạt động của sản xuất nitơ đông lạnh (đề cập đến khoảng thời gian giữa hai lần gia nhiệt lớn) thường là hơn 1 năm, do đó sản xuất nitơ đông lạnh thường không được coi là dự phòng.

Nhược điểm: Sản xuất nitơ đông lạnh có thể tạo ra nitơ với độ tinh khiết ≧99,999%, nhưng độ tinh khiết của nitơ bị giới hạn bởi tải lượng nitơ, số lượng khay, hiệu suất khay và độ tinh khiết oxy trong không khí lỏng và phạm vi điều chỉnh rất nhỏ. Do đó, đối với một bộ thiết bị sản xuất nitơ đông lạnh, độ tinh khiết của sản phẩm về cơ bản là chắc chắn và không thuận tiện để điều chỉnh. Do phương pháp đông lạnh được thực hiện ở nhiệt độ cực thấp nên thiết bị phải có quy trình khởi động làm mát trước khi đưa vào hoạt động bình thường. Thời gian khởi động, tức là thời gian từ khi bắt đầu mở rộng đến khi độ tinh khiết nitơ đạt yêu cầu, thường không ít hơn 12 giờ; Trước khi thiết bị bước vào quá trình đại tu, thiết bị phải có thời gian làm nóng và rã đông, thường là 24 giờ. Vì vậy, không nên khởi động và dừng thiết bị sản xuất nitơ đông lạnh thường xuyên mà nên vận hành liên tục trong thời gian dài.

Ngoài ra, quá trình đông lạnh rất phức tạp, chiếm diện tích lớn, chi phí cơ sở hạ tầng cao, đòi hỏi lực lượng bảo trì đặc biệt, số lượng người vận hành lớn và sản xuất khí chậm (18 đến 24 giờ). Nó phù hợp cho sản xuất nitơ công nghiệp quy mô lớn.

Thứ hai: Phương pháp sản xuất nitơ hấp phụ xoay áp suất (PSA)

Công nghệ tách khí hấp phụ xoay áp suất (PSA) là một nhánh quan trọng của công nghệ tách khí không đông lạnh. Đó là kết quả nỗ lực lâu dài của con người nhằm tìm ra phương pháp tách khí đơn giản hơn phương pháp đông lạnh.

Vào những năm 1970, Công ty khai thác Essen Tây Đức đã phát triển thành công sàng phân tử carbon, mở đường cho quá trình công nghiệp hóa sản xuất nitơ tách khí PSA. Trong 30 năm qua, công nghệ này đã phát triển nhanh chóng và trưởng thành. Nó đã trở thành một đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ về tách không khí đông lạnh trong lĩnh vực sản xuất nitơ vừa và nhỏ.

Sản xuất nitơ hấp phụ dao động áp suất sử dụng không khí làm nguyên liệu thô và rây phân tử carbon làm chất hấp phụ. Nó sử dụng các đặc tính hấp phụ chọn lọc oxy và nitơ trong không khí của sàng phân tử carbon và sử dụng nguyên lý hấp phụ dao động áp suất (hấp phụ áp suất, giải hấp giảm áp suất và tái sinh sàng phân tử) để tách oxy và nitơ ở nhiệt độ phòng để tạo ra nitơ.

So với sản xuất nitơ tách không khí đông lạnh, sản xuất nitơ hấp phụ dao động áp suất có những ưu điểm đáng kể: quá trình tách hấp phụ được thực hiện ở nhiệt độ phòng, quy trình đơn giản, thiết bị nhỏ gọn, dấu chân nhỏ, dễ dàng khởi động và dừng, nó bắt đầu nhanh chóng, sản xuất khí nhanh (thường khoảng 30 phút), tiêu thụ năng lượng nhỏ, chi phí vận hành thấp, mức độ tự động hóa cao, vận hành và bảo trì thuận tiện, lắp đặt trượt thuận tiện, không cần nền tảng đặc biệt là bắt buộc, độ tinh khiết nitơ của sản phẩm có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định và sản lượng nitơ là 3000Nm3 / h. Do đó, sản xuất nitơ hấp phụ dao động áp suất đặc biệt thích hợp cho hoạt động không liên tục.

Tuy nhiên, cho đến nay, các đối tác trong và ngoài nước chỉ có thể sản xuất nitơ với độ tinh khiết 99,9% (tức là O2<0,1%) bằng công nghệ sản xuất nitơ PSA. Một số công ty có thể sản xuất nitơ nguyên chất 99,99% (O2 0,01%). Có thể đạt được độ tinh khiết cao hơn từ góc độ công nghệ sản xuất nitơ PSA, nhưng chi phí sản xuất quá cao và người dùng khó có thể chấp nhận. Vì vậy, việc sử dụng công nghệ sản xuất nitơ PSA để sản xuất nitơ có độ tinh khiết cao còn phải bổ sung thêm thiết bị lọc sau công đoạn.

Phương pháp tinh chế nitơ (quy mô công nghiệp)

(1) Phương pháp khử oxy bằng hydro hóa.

Dưới tác dụng của chất xúc tác, oxy dư trong nitơ phản ứng với hydro được thêm vào để tạo ra nước và công thức phản ứng là: 2H2 + O2 = 2H2O. Sau đó, nước được loại bỏ bằng bộ tăng áp máy nén nitơ áp suất cao và nitơ có độ tinh khiết cao với các thành phần chính sau thu được bằng cách sấy khô sau: N2 ≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O<10,7×10-6. Chi phí sản xuất nitơ là khoảng 0,5 nhân dân tệ/m3.

(2) Phương pháp hydro hóa và khử oxy.

Phương pháp này được chia thành ba giai đoạn: giai đoạn đầu tiên là hydro hóa và khử oxy, giai đoạn thứ hai là khử hydro và giai đoạn thứ ba là loại bỏ nước. Nitơ có độ tinh khiết cao có thành phần như sau: N2 ≥ 99,999%, O2 5 × 10-6, H2 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Chi phí sản xuất nitơ là khoảng 0,6 nhân dân tệ/m3.

(3) Phương pháp khử oxy bằng carbon.

Dưới tác dụng của chất xúc tác hỗ trợ carbon (ở nhiệt độ nhất định), oxy dư trong nitơ thông thường sẽ phản ứng với carbon do chính chất xúc tác cung cấp để tạo ra CO2. Công thức phản ứng: C + O2 = CO2. Sau giai đoạn loại bỏ CO2 và H2O tiếp theo, thu được nitơ có độ tinh khiết cao với thành phần như sau: N2 ≥ 99,999%, O2 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Chi phí sản xuất nitơ là khoảng 0,6 nhân dân tệ/m3.

Thứ ba: Tách màng và sản xuất nitơ tách khí

Sản xuất nitơ tách màng và tách khí cũng là một nhánh mới của công nghệ sản xuất nitơ không đông lạnh. Đây là một phương pháp sản xuất nitơ mới được phát triển nhanh chóng ở nước ngoài vào những năm 1980. Nó đã được quảng bá và áp dụng ở Trung Quốc trong những năm gần đây.

Sản xuất nitơ tách màng sử dụng không khí làm nguyên liệu thô. Dưới một áp suất nhất định, nó sử dụng tốc độ thẩm thấu khác nhau của oxy và nitơ trong màng sợi rỗng để tách oxy và nitơ để tạo ra nitơ. So với hai phương pháp sản xuất nitơ ở trên, nó có đặc điểm là cấu trúc thiết bị đơn giản hơn, thể tích nhỏ hơn, không có van chuyển mạch, vận hành và bảo trì đơn giản hơn, sản xuất khí nhanh hơn (trong vòng 3 phút) và mở rộng công suất thuận tiện hơn.

Tuy nhiên, màng sợi rỗng có yêu cầu khắt khe hơn về độ sạch của khí nén. Màng dễ bị lão hóa, hư hỏng và khó sửa chữa. Màng mới cần được thay thế.

Sản xuất nitơ tách màng phù hợp hơn cho người dùng vừa và nhỏ với yêu cầu về độ tinh khiết nitơ 98% và có tỷ lệ chức năng-giá tốt nhất tại thời điểm này; khi độ tinh khiết nitơ được yêu cầu phải cao hơn 98%, nó cao hơn khoảng 30% so với thiết bị sản xuất nitơ hấp phụ dao động áp suất có cùng thông số kỹ thuật. Do đó, khi nitơ có độ tinh khiết cao được sản xuất bằng cách kết hợp thiết bị sản xuất nitơ tách màng và thiết bị lọc nitơ, độ tinh khiết của nitơ nói chung thường là 98%, điều này sẽ làm tăng chi phí sản xuất và chi phí vận hành của thiết bị lọc.