Līdz ar zinātnes un tehnoloģiju progresu un ekonomikas attīstību slāpekļa izmantošanas joma katru dienu paplašinās un ir iekļuvusi daudzās rūpniecības nozarēs un ikdienas dzīvē.
Slāpekļa ražošanas ražotāji — Ķīnas slāpekļa ražošanas rūpnīca un piegādātāji (xinfatools.com)
Slāpeklis ir galvenā gaisa sastāvdaļa, kas veido aptuveni 78% no gaisa. Elementārais slāpeklis N2 normālos apstākļos ir bezkrāsaina un bez smaržas gāze. Gāzes blīvums standarta stāvoklī ir 1,25 g/l. Kušanas temperatūra ir -210 ℃ un viršanas temperatūra ir -196 ℃. Šķidrais slāpeklis ir zemas temperatūras aukstumaģents (-196 ℃).
Šodien mēs iepazīstināsim ar vairākām galvenajām metodēm slāpekļa ražošanai gan mājās, gan ārvalstīs.
Ir trīs vispārīgas rūpnieciska mēroga slāpekļa ražošanas metodes: slāpekļa ražošana ar kriogēno gaisa atdalīšanu, slāpekļa ražošana ar spiediena svārstību adsorbciju un slāpekļa ražošana ar membrānas atdalīšanu.
Pirmkārt: Kriogēnās gaisa atdalīšanas slāpekļa ražošanas metode
Kriogēnās gaisa atdalīšanas slāpekļa ražošana ir tradicionāla slāpekļa ražošanas metode ar gandrīz vairāku gadu desmitu vēsturi. Tas izmanto gaisu kā izejvielu, saspiež un attīra to, un pēc tam izmanto siltuma apmaiņu, lai gaisu sašķidrinātu šķidrā gaisā. Šķidrais gaiss galvenokārt ir šķidrā skābekļa un šķidrā slāpekļa maisījums. Dažādi šķidrā skābekļa un šķidrā slāpekļa viršanas punkti tiek izmantoti, lai tos atdalītu, destilējot šķidru gaisu, lai iegūtu slāpekli.
Priekšrocības: liela gāzes ražošana un augsta produkta slāpekļa tīrība. Kriogēnā slāpekļa ražošanā var iegūt ne tikai slāpekli, bet arī šķidro slāpekli, kas atbilst šķidrā slāpekļa procesa prasībām un var tikt uzglabāts šķidrā slāpekļa uzglabāšanas tvertnēs. Ja ir periodiska slāpekļa slodze vai neliels gaisa atdalīšanas iekārtu remonts, šķidrais slāpeklis uzglabāšanas tvertnē nonāk iztvaicētājā un tiek uzkarsēts, un pēc tam tiek nosūtīts uz produkta slāpekļa cauruļvadu, lai apmierinātu procesa vienības slāpekļa pieprasījumu. Kriogēnā slāpekļa ražošanas darbības cikls (attiecībā uz intervālu starp divām lielām sildīšanas reizēm) parasti ir ilgāks par 1 gadu, tāpēc kriogēnā slāpekļa ražošana parasti netiek uzskatīta par gaidīšanas režīmu.
Trūkumi: Kriogēnā slāpekļa ražošana var radīt slāpekli ar tīrības pakāpi ≧99,999%, bet slāpekļa tīrību ierobežo slāpekļa slodze, paplāšu skaits, paplātes efektivitāte un skābekļa tīrība šķidrā gaisā, un regulēšanas diapazons ir ļoti mazs. Tāpēc kriogēno slāpekļa ražošanas iekārtu komplektam produkta tīrība būtībā ir noteikta un to ir neērti pielāgot. Tā kā kriogēno metodi veic ārkārtīgi zemā temperatūrā, pirms iekārtas nodošanas normālā ekspluatācijā ir jāveic pirmsdzesēšanas palaišanas process. Palaišanas laiks, tas ir, laiks no paplašinātāja palaišanas līdz laikam, kad slāpekļa tīrība sasniedz nepieciešamo, parasti nav mazāks par 12 stundām; pirms iekārtas kapitālā remonta, tai jābūt uzsildīšanas un atkausēšanas laikam, parasti 24 stundām. Tāpēc kriogēnās slāpekļa ražošanas iekārtas nevajadzētu iedarbināt un bieži apturēt, un vēlams ilgstoši darboties nepārtraukti.
Turklāt kriogēnais process ir sarežģīts, aizņem lielu platību, tam ir augstas infrastruktūras izmaksas, nepieciešami īpaši apkopes spēki, ir liels operatoru skaits, un gāze tiek ražota lēni (18 līdz 24 stundas). Tas ir piemērots liela mēroga rūpnieciskai slāpekļa ražošanai.
Otrkārt: Spiediena svārstību adsorbcijas (PSA) slāpekļa ražošanas metode
Spiediena svārstību adsorbcijas (PSA) gāzu atdalīšanas tehnoloģija ir svarīga nekriogēnās gāzes atdalīšanas tehnoloģijas nozare. Tas ir rezultāts cilvēku ilgtermiņa centieniem atrast vienkāršāku gaisa atdalīšanas metodi nekā kriogēnā metode.
Septiņdesmitajos gados Rietumvācijas Esenes kalnrūpniecības uzņēmums veiksmīgi izstrādāja oglekļa molekulāros sietus, paverot ceļu PSA gaisa separācijas slāpekļa ražošanas industrializācijai. Pēdējo 30 gadu laikā šī tehnoloģija ir strauji attīstījusies un nobriedusi. Tas ir kļuvis par spēcīgu kriogēnās gaisa atdalīšanas konkurentu maza un vidēja lieluma slāpekļa ražošanas jomā.
Spiediena svārstību adsorbcijas slāpekļa ražošanā kā izejvielu izmanto gaisu un kā adsorbentu oglekļa molekulāro sietu. Tas izmanto oglekļa molekulārā sieta selektīvās skābekļa un slāpekļa adsorbcijas īpašības gaisā un izmanto spiediena svārstību adsorbcijas principu (spiediena adsorbciju, spiediena samazināšanas desorbciju un molekulārā sieta reģenerāciju), lai istabas temperatūrā atdalītu skābekli un slāpekli, lai iegūtu slāpekli.
Salīdzinot ar kriogēnās gaisa atdalīšanas slāpekļa ražošanu, spiediena svārstību adsorbcijas slāpekļa ražošanai ir ievērojamas priekšrocības: adsorbcijas atdalīšana tiek veikta istabas temperatūrā, process ir vienkāršs, iekārta ir kompakta, nospiedums ir mazs, to ir viegli iedarbināt un apturēt, tas sākas ātri, gāzes ražošana ir ātra (parasti apmēram 30 minūtes), enerģijas patēriņš ir mazs, ekspluatācijas izmaksas ir zemas, automatizācijas pakāpe ir augsta, darbība un apkope ir ērta, slīdēšanas uzstādīšana ir ērta, nav īpaša pamata ir nepieciešams, produkta slāpekļa tīrību var regulēt noteiktā diapazonā, un slāpekļa ražošana ir ≤3000 Nm3/h. Tāpēc spiediena svārstību adsorbcijas slāpekļa ražošana ir īpaši piemērota neregulārai darbībai.
Tomēr līdz šim vietējie un ārvalstu partneri var ražot tikai slāpekli ar tīrības pakāpi 99,9% (ti, O2≤0,1%), izmantojot PSA slāpekļa ražošanas tehnoloģiju. Daži uzņēmumi var ražot 99,99% tīra slāpekļa (O2≤0,01%). No PSA slāpekļa ražošanas tehnoloģijas viedokļa ir iespējama augstāka tīrība, taču ražošanas izmaksas ir pārāk augstas, un lietotāji to, visticamāk, nepieņems. Tāpēc, izmantojot PSA slāpekļa ražošanas tehnoloģiju augstas tīrības pakāpes slāpekļa ražošanai, ir jāpievieno arī pēcposma attīrīšanas ierīce.
Slāpekļa attīrīšanas metode (rūpnieciskā mērogā)
(1) Hidrogenēšanas deoksigenācijas metode.
Katalizatora iedarbībā atlikušais skābeklis slāpeklī reaģē ar pievienoto ūdeņradi, veidojot ūdeni, un reakcijas formula ir: 2H2 + O2 = 2H2O. Pēc tam ūdeni atdala ar augstspiediena slāpekļa kompresora pastiprinātāju, un pēcžāvēšanas rezultātā iegūst augstas tīrības pakāpes slāpekli ar šādām galvenajām sastāvdaļām: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500×. 10-6, H2O≤10,7×10-6. Slāpekļa ražošanas izmaksas ir aptuveni 0,5 juaņas/m3.
(2) Hidrogenēšanas un deoksigenācijas metode.
Šī metode ir sadalīta trīs posmos: pirmais posms ir hidrogenēšana un deoksigenēšana, otrais posms ir dehidrogenēšana un trešais posms ir ūdens noņemšana. Tiek iegūts augstas tīrības pakāpes slāpeklis ar šādu sastāvu: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Slāpekļa ražošanas izmaksas ir aptuveni 0,6 juaņas/m3.
(3) Oglekļa deoksigenācijas metode.
Ar oglekli saturoša katalizatora iedarbībā (noteiktā temperatūrā) parastajā slāpeklī esošais skābeklis reaģē ar oglekli, ko nodrošina pats katalizators, radot CO2. Reakcijas formula: C + O2 = CO2. Pēc nākamās CO2 un H2O atdalīšanas posma tiek iegūts augstas tīrības pakāpes slāpeklis ar šādu sastāvu: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Slāpekļa ražošanas izmaksas ir aptuveni 0,6 juaņas/m3.
Treškārt: membrānas atdalīšana un gaisa atdalīšana, slāpekļa ražošana
Membrānas atdalīšana un gaisa atdalīšana slāpekļa ražošana ir arī jauna nekriogēnā slāpekļa ražošanas tehnoloģijas nozare. Tā ir jauna slāpekļa ražošanas metode, kas 80. gados strauji attīstījās ārvalstīs. Pēdējos gados tas ir popularizēts un izmantots Ķīnā.
Membrānas separācijas slāpekļa ražošanā kā izejvielu izmanto gaisu. Noteiktā spiedienā tas izmanto dažādus skābekļa un slāpekļa caurlaidības ātrumus dobās šķiedras membrānā, lai atdalītu skābekli un slāpekli, lai iegūtu slāpekli. Salīdzinot ar iepriekšminētajām divām slāpekļa ražošanas metodēm, tai ir vienkāršāka aprīkojuma struktūra, mazāks tilpums, bez pārslēgšanas vārsta, vienkāršāka darbība un apkope, ātrāka gāzes ražošana (3 minūšu laikā) un ērtāka jaudas paplašināšana.
Tomēr dobu šķiedru membrānām ir stingrākas prasības attiecībā uz saspiestā gaisa tīrību. Membrānas ir pakļautas novecošanai un sabojāšanai, un tās ir grūti salabot. Nepieciešams nomainīt jaunas membrānas.
Membrānas atdalīšanas slāpekļa ražošana ir vairāk piemērota maziem un vidējiem lietotājiem, kuru slāpekļa tīrības prasības ir ≤98%, un tai šobrīd ir labākā funkcijas un cenas attiecība; ja slāpekļa tīrībai ir jābūt augstākai par 98%, tā ir aptuveni par 30% augstāka nekā spiediena svārstību adsorbcijas slāpekļa ražošanas ierīcei ar tādu pašu specifikāciju. Tāpēc, ja augstas tīrības pakāpes slāpekli iegūst, apvienojot membrānas separācijas slāpekļa ražošanu un slāpekļa attīrīšanas ierīces, vispārējā slāpekļa tīrība parasti ir 98%, kas palielinās attīrīšanas ierīces ražošanas izmaksas un darbības izmaksas.
Izlikšanas laiks: 24. jūlijs 2024
