Со напредокот на науката и технологијата и развојот на економијата, опсегот на примена на азот од ден на ден се шири и навлезе во многу индустриски сектори и секојдневниот живот.
Азотот е главната компонента на воздухот, со околу 78% од воздухот. Елементарниот азот N2 е безбоен и без мирис гас во нормални услови. Густината на гасот во стандардна состојба е 1,25 g/L. Точката на топење е -210℃, а точката на вриење е -196℃. Течниот азот е средство за ладење со ниска температура (-196℃).
Денес ќе воведеме неколку главни методи за производство на азот дома и во странство.
Постојат три општи методи за производство на азот во индустриски размери: производство на азот со криогенско одвојување на воздухот, производство на азот со адсорпција со замав на притисок и производство на азот со сепарација на мембрана.
Прво: Метод на производство на азот со криогенско одвојување на воздухот
Производството на азот со криогенско одвојување на воздухот е традиционален метод за производство на азот со историја од речиси неколку децении. Го користи воздухот како суровина, го компресира и прочистува, а потоа користи размена на топлина за да го втечнува воздухот во течен воздух. Течниот воздух е главно мешавина од течен кислород и течен азот. Различните точки на вриење на течниот кислород и течниот азот се користат за нивно раздвојување преку дестилација на течен воздух за да се добие азот.
Предности: големо производство на гас и висока чистота на азот на производот. Производството на криоген азот може да произведе не само азот, туку и течен азот, кој ги задоволува барањата за процесот на течен азот и може да се складира во резервоари за складирање на течен азот. Кога има периодично оптоварување со азот или мала поправка на опремата за одвојување на воздухот, течниот азот во резервоарот за складирање влегува во испарувачот и се загрева, а потоа се испраќа до цевководот за азот на производот за да се задоволат потребите за азот на процесната единица. Работниот циклус на производството на криоген азот (се однесува на интервалот помеѓу две големи загревања) е генерално повеќе од 1 година, така што производството на криоген азот генерално не се смета како мирување.
Недостатоци: Производството на криоген азот може да произведе азот со чистота од ≧99,999%, но чистотата на азот е ограничена од оптоварувањето со азот, бројот на фиоки, ефикасноста на фиоката и чистотата на кислородот во течниот воздух, а опсегот на прилагодување е многу мал. Затоа, за комплет опрема за производство на криоген азот, чистотата на производот е во основа сигурна и незгодна за прилагодување. Бидејќи криогениот метод се изведува на екстремно ниски температури, опремата мора да има процес на пред-ладење пред да се стави во нормална работа. Времето на стартување, односно времето од почетокот на експандерот до времето кога чистотата на азот ќе го достигне потребното, обично не е помало од 12 часа; пред опремата да влезе во ремонт, мора да има период на загревање и одмрзнување, генерално 24 часа. Затоа, опремата за производство на криоген азот не треба често да се стартува и прекинува, а препорачливо е да работи континуирано долго време.
Освен тоа, криогенскиот процес е сложен, зафаќа голема површина, има високи инфраструктурни трошоци, бара посебни сили за одржување, има голем број оператори и бавно произведува гас (18 до 24 часа). Погоден е за големо индустриско производство на азот.
Второ: Метод на производство на азот со адсорпција со нишање со притисок (PSA).
Технологијата за сепарација на гас со нишање со притисок (PSA) е важна гранка на технологијата на некриогена сепарација на гас. Тоа е резултат на долгорочните напори на луѓето да најдат поедноставен метод за одвојување на воздухот од криогенскиот метод.
Во 1970-тите, западногерманската рударска компанија Есен успешно разви јаглеродни молекуларни сита, отворајќи го патот за индустријализација на производството на азот со одвојување на воздухот PSA. Во текот на изминатите 30 години, оваа технологија брзо се развиваше и созреваше. Стана силен конкурент на криогеното одвојување на воздухот во областа на производството на азот од мала и средна големина.
Производството на азот со адсорпција со нишање на притисок користи воздух како суровина и јаглеродно молекуларно сито како адсорбент. Ги користи карактеристиките на селективната адсорпција на кислород и азот од јаглеродното молекуларно сито во воздухот и го користи принципот на адсорпција со замав на притисок (адсорпција на притисок, десорпција за намалување на притисокот и регенерација на молекуларното сито) за да ги одвои кислородот и азот на собна температура за да произведе азот.
Во споредба со производството на азот со криогено раздвојување на воздухот, производството на азот при адсорпција со нишање на притисок има значителни предности: одвојувањето на адсорпција се врши на собна температура, процесот е едноставен, опремата е компактна, отпечатокот е мал, лесно се стартува и запира, започнува брзо, производството на гас е брзо (обично околу 30 минути), потрошувачката на енергија е мала, оперативните трошоци се ниски, степенот на автоматизација е висок, работењето и одржувањето се погодни, инсталацијата за лизгање е погодна, нема посебна основа е потребно, чистотата на азот на производот може да се прилагоди во одреден опсег, а производството на азот е ≤3000 Nm3/h. Затоа, производството на азот со адсорпција со замав на притисок е особено погодно за интермитентна работа.
Сепак, досега домашните и странските колеги можат да произведуваат само азот со чистота од 99,9% (т.е. O2≤0,1%) користејќи технологија за производство на азот PSA. Некои компании можат да произведат 99,99% чист азот (O2≤0,01%). Поголема чистота е можна од перспектива на технологијата за производство на азот PSA, но трошоците за производство се превисоки и корисниците веројатно нема да го прифатат. Затоа, употребата на технологијата за производство на азот PSA за производство на азот со висока чистота мора да додаде и уред за прочистување по фазата.
Метод на прочистување на азот (индустриски размери)
(1) Метод на хидрогена деоксигенација.
Под дејство на катализатор, преостанатиот кислород во азот реагира со додадениот водород и произведува вода, а формулата на реакцијата е: 2H2 + O2 = 2H2O. Потоа, водата се отстранува со азотен компресор под висок притисок, а азот со висока чистота со следните главни компоненти се добива со постсушење: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Цената на производството на азот е околу 0,5 јуани/м3.
(2) Метод на хидрогенизација и деоксигенација.
Овој метод е поделен на три фази: првата фаза е хидрогенизација и деоксигенација, втората фаза е дехидрогенизација и третата фаза е отстранување на водата. Се добива азот со висока чистота со следниот состав: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Цената на производството на азот е околу 0,6 јуани/м3.
(3) Метод на деоксигенација на јаглерод.
Под дејство на катализатор поддржан од јаглерод (на одредена температура), резидуалниот кислород во обичниот азот реагира со јаглеродот што го обезбедува самиот катализатор за да генерира CO2. Формула за реакција: C + O2 = CO2. По следната фаза на отстранување на CO2 и H2O, се добива азот со висока чистота со следниот состав: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10- Цената на производството на азот е околу 0,6 јуани/м3.
Трето: Сепарација на мембрана и производство на азот при сепарација на воздухот
Мембранско раздвојување и раздвојување на воздухот Производството на азот е исто така нова гранка на технологијата за производство на некриогенски азот. Тоа е нов метод за производство на азот кој брзо се разви во странство во 1980-тите. Последниве години е промовиран и применуван во Кина.
Производството на азот со сепарација на мембрана го користи воздухот како суровина. Под одреден притисок, тој ги користи различните стапки на пробивање на кислород и азот во мембраната на шупливите влакна за да го оддели кислородот и азот за да произведе азот. Во споредба со горенаведените два методи на производство на азот, тој има карактеристики на поедноставна структура на опремата, помал волумен, без прекинувачки вентил, поедноставно работење и одржување, побрзо производство на гас (во рок од 3 минути) и поудобно проширување на капацитетот.
Сепак, мембраните со шупливи влакна имаат построги барања за чистотата на компримиран воздух. Мембраните се склони кон стареење и откажување и тешко се поправаат. Треба да се заменат нови мембрани.
Производството на азот со раздвојување на мембраната е посоодветно за мали и средни корисници со барања за чистота на азот од ≤98%, и има најдобар сооднос функција-цена во овој момент; кога се бара чистотата на азот да биде повисока од 98%, таа е околу 30% повисока од уредот за производство на азот за адсорпција со замав на притисок со истата спецификација. Затоа, кога азот со висока чистота се произведува со комбинирање на производство на азот за сепарација на мембрана и уреди за прочистување на азот, чистотата на општиот азот е генерално 98%, што ќе ги зголеми трошоците за производство и трошоците за работа на уредот за прочистување.
Време на објавување: 24 јули 2024 година
