Med framstegen inom vetenskap och teknik och utvecklingen av ekonomin, ökar tillämpningsområdet för kväve dag för dag och har trängt in i många industrisektorer och det dagliga livet.
Nitrogen Production Manufacturers - Kina Nitrogen Production Factory & Suppliers (xinfatools.com)
Kväve är huvudkomponenten i luft och står för cirka 78 % av luften. Elementärt kväve N2 är en färglös och luktfri gas under normala förhållanden. Gasdensiteten under standardtillstånd är 1,25 g/L. Smältpunkten är -210 ℃ och kokpunkten är -196 ℃. Flytande kväve är ett lågtemperaturköldmedium (-196 ℃).
Idag kommer vi att introducera flera huvudmetoder för att producera kväve hemma och utomlands.
Det finns tre generella kväveproduktionsmetoder i industriell skala: produktion av kväve med kryogen luftseparering, produktion av kväve med trycksvängningsadsorption och kväveproduktion med membranseparation.
Först: Kväveproduktionsmetod för kryogen luftseparering
Kryogen luftseparering av kväveproduktion är en traditionell kväveproduktionsmetod med en historia på nästan flera decennier. Den använder luft som råmaterial, komprimerar och renar den och använder sedan värmeväxling för att förvandla luften till flytande luft. Flytande luft är huvudsakligen en blandning av flytande syre och flytande kväve. De olika kokpunkterna för flytande syre och flytande kväve används för att separera dem genom destillation av flytande luft för att erhålla kväve.
Fördelar: stor gasproduktion och hög renhet av produktkväve. Kryogenisk kväveproduktion kan producera inte bara kväve utan även flytande kväve, som uppfyller processkraven för flytande kväve och kan lagras i lagringstankar för flytande kväve. När det finns en intermittent kvävebelastning eller en mindre reparation av luftseparationsutrustningen kommer det flytande kvävet i lagringstanken in i förångaren och värms upp och skickas sedan till produktkväveledningen för att möta kvävebehovet i processenheten. Driftscykeln för produktion av kryogen kväve (avser intervallet mellan två stora uppvärmningar) är i allmänhet mer än 1 år, så produktion av kryogen kväve betraktas i allmänhet inte som en standby.
Nackdelar: Produktion av kryogen kväve kan producera kväve med en renhet på ≧99,999 %, men kvävets renhet begränsas av kvävebelastning, antal brickor, brickeffektivitet och syrerenhet i flytande luft, och justeringsområdet är mycket litet. Därför, för en uppsättning utrustning för produktion av kryogent kväve, är produktens renhet i princip säker och obekväm att justera. Eftersom den kryogena metoden utförs vid extremt låga temperaturer måste utrustningen ha en förkylningsstartprocess innan den sätts i normal drift. Uppstartstiden, det vill säga tiden från start av expandern till den tidpunkt då kvävets renhet når kravet, är i allmänhet inte mindre än 12 timmar; innan utrustningen går in i översynen måste den ha en uppvärmnings- och upptiningstid, vanligtvis 24 timmar. Därför bör den kryogena kväveproduktionsutrustningen inte startas och stoppas ofta, och det är tillrådligt att arbeta kontinuerligt under lång tid.
Dessutom är den kryogena processen komplex, upptar ett stort område, har höga infrastrukturkostnader, kräver speciella underhållsstyrkor, har ett stort antal operatörer och producerar gas långsamt (18 till 24 timmar). Den är lämplig för storskalig industriell kväveproduktion.
För det andra: Pressure Swing Adsorption (PSA) kväveproduktionsmetod
Pressure Swing Adsorption (PSA) gasseparationsteknik är en viktig gren av icke-kryogen gasseparationsteknik. Det är resultatet av människors långsiktiga ansträngningar att hitta en enklare luftseparationsmetod än den kryogena metoden.
På 1970-talet utvecklade det västtyska Essen Mining Company framgångsrikt kolmolekylsilar, vilket banade vägen för industrialiseringen av PSA-luftseparering av kväveproduktion. Under de senaste 30 åren har denna teknik utvecklats snabbt och mognat. Det har blivit en stark konkurrent till kryogen luftseparering inom området för små och medelstora kväveproduktion.
Trycksvängadsorptionskväveproduktion använder luft som råmaterial och kolmolekylsil som adsorbent. Den använder egenskaperna hos kolmolekylsilens selektiva adsorption av syre och kväve i luften, och använder principen för trycksvängningsadsorption (tryckadsorption, tryckreduktionsdesorption och molekylsiktsregenerering) för att separera syre och kväve vid rumstemperatur för att producera kväve.
Jämfört med produktion av kryogen luftseparering av kväve har produktion av trycksvängadsorption av kväve betydande fördelar: adsorptionsseparation utförs vid rumstemperatur, processen är enkel, utrustningen är kompakt, fotavtrycket är litet, det är lätt att starta och stoppa, det startar snabbt, gasproduktionen är snabb (vanligtvis cirka 30 minuter), energiförbrukningen är liten, driftskostnaden är låg, graden av automatisering är hög, drift och underhåll är bekvämt, slirinstallationen är bekväm, ingen speciell grund krävs, kan produktens kväverenhet justeras inom ett visst intervall och kväveproduktionen är ≤3000Nm3/h. Därför är produktion av trycksvängadsorptionskväve särskilt lämplig för intermittent drift.
Hittills kan dock inhemska och utländska motsvarigheter endast producera kväve med en renhet på 99,9 % (dvs. O2≤0,1 %) med PSA-kväveproduktionsteknik. Vissa företag kan producera 99,99% rent kväve (O2≤0,01%). Högre renhet är möjlig ur PSA-kväveproduktionsteknikens perspektiv, men produktionskostnaden är för hög och användarna kommer sannolikt inte att acceptera det. Därför måste användningen av PSA-kväveproduktionsteknik för att producera högrent kväve också lägga till en reningsanordning efter steget.
Reningsmetod för kväve (industriell skala)
(1) Hydrogeneringsdeoxygeneringsmetod.
Under inverkan av en katalysator reagerar det kvarvarande syret i kvävet med det tillsatta vätet för att producera vatten, och reaktionsformeln är: 2H2 + O2 = 2H2O. Därefter avlägsnas vattnet med en högtryckskvävekompressorbooster, och kvävet med hög renhet med följande huvudkomponenter erhålls genom eftertorkning: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7x10-6. Kostnaden för kväveproduktion är cirka 0,5 yuan/m3.
(2) Metod för hydrering och deoxygenering.
Denna metod är uppdelad i tre steg: det första steget är hydrering och deoxygenering, det andra steget är dehydrering och det tredje steget är vattenavlägsnande. Högrent kväve med följande sammansättning erhålls: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Kostnaden för kväveproduktion är cirka 0,6 yuan/m3.
(3) Metod för koldeoxygenering.
Under inverkan av koluppburen katalysator (vid en viss temperatur), reagerar det kvarvarande syret i vanligt kväve med kolet som tillhandahålls av katalysatorn själv för att generera CO2. Reaktionsformel: C + O2 = CO2. Efter det efterföljande steget av avlägsnande av CO2 och H2O erhålls kväve med hög renhet med följande sammansättning: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Kostnaden för kväveproduktion är cirka 0,6 yuan/m3.
För det tredje: Membranseparation och luftseparation kväveproduktion
Membranseparering och luftseparering kväveproduktion är också en ny gren av icke-kryogen kväveproduktionsteknologi. Det är en ny kväveproduktionsmetod som utvecklades snabbt utomlands på 1980-talet. Det har marknadsförts och tillämpats i Kina de senaste åren.
Membranseparationskväveproduktion använder luft som råvara. Under ett visst tryck använder den de olika genomträngningshastigheterna för syre och kväve i det ihåliga fibermembranet för att separera syre och kväve för att producera kväve. Jämfört med ovanstående två kväveproduktionsmetoder har den egenskaperna för enklare utrustningsstruktur, mindre volym, ingen växlingsventil, enklare drift och underhåll, snabbare gasproduktion (inom 3 minuter) och bekvämare kapacitetsutbyggnad.
Hålfibermembran har dock strängare krav på renhet av tryckluft. Membranen är benägna att åldras och misslyckas och är svåra att reparera. Nya membran måste bytas ut.
Membranseparationskväveproduktion är mer lämpad för små och medelstora användare med krav på kväverenhet på ≤98% och har det bästa förhållandet mellan funktion och pris vid denna tidpunkt; när kvävets renhet krävs för att vara högre än 98 %, är den cirka 30 % högre än trycksvängningsadsorptionskväveproduktionsanordningen enligt samma specifikation. Därför, när högrent kväve produceras genom att kombinera membranseparationskväveproduktion och kvävereningsanordningar, är renheten hos allmänt kväve i allmänhet 98%, vilket kommer att öka produktionskostnaden och driftskostnaden för reningsanordningen.
Posttid: 2024-jul
