Co progreso da ciencia e a tecnoloxía e o desenvolvemento da economía, o ámbito de aplicación do nitróxeno está a expandirse día a día e penetrou en moitos sectores industriais e na vida diaria.
O nitróxeno é o principal compoñente do aire, representando preto do 78% do aire. O nitróxeno elemental N2 é un gas incoloro e inodoro en condicións normais. A densidade do gas no estado estándar é de 1,25 g/L. O punto de fusión é -210 ℃ e o punto de ebulición é -196 ℃. O nitróxeno líquido é un refrixerante de baixa temperatura (-196 ℃).
Hoxe presentaremos varios métodos principais para producir nitróxeno no país e no estranxeiro.
Existen tres métodos xerais de produción de nitróxeno a escala industrial: produción de nitróxeno por separación de aire crioxénico, produción de nitróxeno por adsorción por oscilación de presión e produción de nitróxeno por separación por membrana.
Primeiro: método de produción de nitróxeno por separación de aire crioxénico
A produción de nitróxeno por separación crioxénica de aire é un método tradicional de produción de nitróxeno cunha historia de case varias décadas. Utiliza o aire como materia prima, comprime e depurao, e despois utiliza o intercambio de calor para licuar o aire en aire líquido. O aire líquido é principalmente unha mestura de osíxeno líquido e nitróxeno líquido. Os diferentes puntos de ebulición do osíxeno líquido e do nitróxeno líquido utilízanse para separalos mediante a destilación do aire líquido para obter nitróxeno.
Vantaxes: gran produción de gas e alta pureza do nitróxeno do produto. A produción de nitróxeno crioxénico pode producir non só nitróxeno, senón tamén nitróxeno líquido, que cumpre os requisitos do proceso de nitróxeno líquido e pode almacenarse en tanques de almacenamento de nitróxeno líquido. Cando hai unha carga de nitróxeno intermitente ou unha pequena reparación do equipo de separación de aire, o nitróxeno líquido do tanque de almacenamento entra no vaporizador e quéntase e, a continuación, envíase á canalización de nitróxeno do produto para satisfacer a demanda de nitróxeno da unidade de proceso. O ciclo de funcionamento da produción de nitróxeno crioxénico (referíndose ao intervalo entre dous grandes quecementos) é xeralmente superior a 1 ano, polo que a produción de nitróxeno crioxénico xeralmente non se considera como un modo de espera.
Desvantaxes: a produción de nitróxeno crioxénico pode producir nitróxeno cunha pureza ≧99,999%, pero a pureza do nitróxeno está limitada pola carga de nitróxeno, o número de bandexas, a eficiencia da bandexa e a pureza do osíxeno no aire líquido e o intervalo de axuste é moi pequeno. Polo tanto, para un conxunto de equipos de produción de nitróxeno crioxénico, a pureza do produto é basicamente segura e inconveniente de axustar. Dado que o método crioxénico realízase a temperaturas extremadamente baixas, o equipo debe ter un proceso de arranque de pre-refrigeración antes de poñerse en funcionamento normal. O tempo de arranque, é dicir, o tempo desde o inicio do expansor ata o momento en que a pureza do nitróxeno alcanza o requisito, xeralmente non é inferior a 12 horas; antes de que o equipo entre na revisión, debe ter un período de tempo de quecemento e desconxelación, xeralmente de 24 horas. Polo tanto, o equipo de produción de nitróxeno crioxénico non debe iniciarse e deterse con frecuencia, e recoméndase funcionar continuamente durante moito tempo.
Ademais, o proceso crioxénico é complexo, ocupa unha gran superficie, ten altos custos de infraestrutura, require forzas especiais de mantemento, ten un gran número de operadores e produce gas lentamente (entre 18 e 24 horas). É axeitado para a produción industrial de nitróxeno a gran escala.
Segundo: método de produción de nitróxeno por adsorción por oscilación de presión (PSA).
A tecnoloxía de separación de gases de adsorción de oscilación de presión (PSA) é unha rama importante da tecnoloxía de separación de gases non crioxénicos. É o resultado dos esforzos a longo prazo da xente para atopar un método de separación de aire máis sinxelo que o método crioxénico.
Na década de 1970, a empresa mineira de Essen da Alemaña Occidental desenvolveu con éxito peneiras moleculares de carbono, abrindo o camiño para a industrialización da produción de nitróxeno por separación de aire PSA. Durante os últimos 30 anos, esta tecnoloxía desenvolveuse rapidamente e madurou. Converteuse nun forte competidor da separación crioxénica de aire no campo da produción de nitróxeno de pequeno e mediano tamaño.
A produción de nitróxeno por adsorción de oscilación de presión utiliza o aire como materia prima e a peneira molecular de carbono como adsorbente. Utiliza as características da adsorción selectiva de osíxeno e nitróxeno no aire da peneira molecular de carbono, e utiliza o principio de adsorción de oscilación de presión (adsorción de presión, desorción de redución de presión e rexeneración da peneira molecular) para separar o osíxeno e nitróxeno a temperatura ambiente para producir nitróxeno.
En comparación coa produción de nitróxeno por separación de aire crioxénico, a produción de nitróxeno por adsorción por oscilación de presión ten vantaxes significativas: a separación por adsorción realízase a temperatura ambiente, o proceso é sinxelo, o equipo é compacto, a pegada é pequena, é fácil de iniciar e deter. comeza rapidamente, a produción de gas é rápida (xeralmente uns 30 minutos), o consumo de enerxía é pequeno, o custo operativo é baixo, o grao de automatización é alto, o funcionamento e o mantemento son cómodos, a instalación do deslizamento é conveniente, sen unha base especial. é necesario, a pureza do nitróxeno do produto pódese axustar dentro dun determinado intervalo e a produción de nitróxeno é ≤3000Nm3/h. Polo tanto, a produción de nitróxeno por adsorción de oscilación de presión é particularmente adecuada para o funcionamento intermitente.
Non obstante, ata agora, as contrapartes nacionais e estranxeiras só poden producir nitróxeno cunha pureza do 99,9% (é dicir, O2≤0,1%) mediante a tecnoloxía de produción de nitróxeno PSA. Algunhas empresas poden producir nitróxeno puro ao 99,99% (O2≤0,01%). É posible unha maior pureza desde a perspectiva da tecnoloxía de produción de nitróxeno PSA, pero o custo de produción é demasiado alto e é improbable que os usuarios o acepten. Polo tanto, o uso da tecnoloxía de produción de nitróxeno PSA para producir nitróxeno de alta pureza tamén debe engadir un dispositivo de purificación posterior á fase.
Método de purificación de nitróxeno (escala industrial)
(1) Método de desoxixenación por hidroxenación.
Baixo a acción dun catalizador, o osíxeno residual do nitróxeno reacciona co hidróxeno engadido para producir auga, e a fórmula da reacción é: 2H2 + O2 = 2H2O. Despois, a auga elimínase mediante un compresor de nitróxeno de alta presión, e o nitróxeno de alta pureza cos seguintes compoñentes principais obténse por postsecado: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. O custo da produción de nitróxeno é de aproximadamente 0,5 yuan/m3.
(2) Método de hidroxenación e desoxixenación.
Este método divídese en tres etapas: a primeira etapa é a hidroxenación e desoxixenación, a segunda etapa é a deshidroxenación e a terceira etapa é a eliminación de auga. Obtense nitróxeno de alta pureza coa seguinte composición: N2 ≥ 99,999 %, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. O custo da produción de nitróxeno é de aproximadamente 0,6 yuan/m3.
(3) Método de desoxixenación do carbono.
Baixo a acción do catalizador soportado por carbono (a unha determinada temperatura), o osíxeno residual do nitróxeno común reacciona co carbono proporcionado polo propio catalizador para xerar CO2. Fórmula da reacción: C + O2 = CO2. Despois da fase posterior de eliminación de CO2 e H2O, obtense nitróxeno de alta pureza coa seguinte composición: N2 ≥ 99,999 %, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. O custo da produción de nitróxeno é de aproximadamente 0,6 yuan/m3.
Terceiro: separación de membrana e produción de nitróxeno por separación de aire
A separación de membranas e a produción de nitróxeno por separación de aire tamén é unha nova rama da tecnoloxía de produción de nitróxeno non crioxénico. É un novo método de produción de nitróxeno que se desenvolveu rapidamente no estranxeiro na década de 1980. Foi promovido e aplicado en China nos últimos anos.
A produción de nitróxeno por separación por membrana utiliza o aire como materia prima. Baixo unha certa presión, utiliza as diferentes taxas de permeación de osíxeno e nitróxeno na membrana de fibras ocas para separar o osíxeno e o nitróxeno para producir nitróxeno. En comparación cos dous métodos de produción de nitróxeno anteriores, ten as características dunha estrutura de equipo máis sinxela, un volume menor, sen chave de conmutación, un funcionamento e mantemento máis sinxelos, unha produción de gas máis rápida (en 3 minutos) e unha expansión da capacidade máis conveniente.
Non obstante, as membranas de fibra oca teñen requisitos máis estritos sobre a limpeza do aire comprimido. As membranas son propensas ao envellecemento e ao fallo, e son difíciles de reparar. Hai que substituír novas membranas.
A produción de nitróxeno por separación por membrana é máis adecuada para usuarios pequenos e medianos con requisitos de pureza de nitróxeno ≤98% e ten a mellor relación función-prezo neste momento; cando se require que a pureza do nitróxeno sexa superior ao 98%, é un 30% máis alto que o dispositivo de produción de nitróxeno por adsorción de oscilación de presión da mesma especificación. Polo tanto, cando se produce nitróxeno de alta pureza combinando a produción de nitróxeno por separación de membrana e os dispositivos de purificación de nitróxeno, a pureza do nitróxeno xeral é xeralmente do 98%, o que aumentará o custo de produción e o custo operativo do dispositivo de purificación.
Hora de publicación: 24-Xul-2024
