Pamoja na maendeleo ya sayansi na teknolojia na maendeleo ya uchumi, wigo wa matumizi ya nitrojeni unaongezeka siku baada ya siku, na umepenya katika sekta nyingi za viwanda na maisha ya kila siku.
Nitrojeni ni sehemu kuu ya hewa, ambayo inachukua karibu 78% ya hewa. Nitrojeni ya asili N2 ni gesi isiyo na rangi na isiyo na harufu katika hali ya kawaida. Msongamano wa gesi chini ya hali ya kawaida ni 1.25 g/L. Kiwango myeyuko ni -210℃ na kiwango cha mchemko ni -196℃. Nitrojeni kioevu ni jokofu la halijoto ya chini (-196 ℃).
Leo tutaanzisha mbinu kadhaa kuu za kuzalisha nitrojeni nyumbani na nje ya nchi.
Kuna njia tatu za jumla za uzalishaji wa nitrojeni kwa kiwango cha viwandani: uzalishaji wa nitrojeni wa utenganisho wa hewa ya cryogenic, uzalishaji wa nitrojeni wa shinikizo la swing, na utengano wa utando wa nitrojeni.
Kwanza: Njia ya uzalishaji wa nitrojeni ya kutenganisha hewa ya Cryogenic
Uzalishaji wa nitrojeni wa utenganisho wa hewa ni njia ya kitamaduni ya kutengeneza nitrojeni yenye historia ya takriban miongo kadhaa. Hutumia hewa kama malighafi, huigandamiza na kuitakasa, na kisha hutumia kubadilishana joto ili kuyeyusha hewa ndani ya hewa kioevu. Hewa ya kioevu ni hasa mchanganyiko wa oksijeni kioevu na nitrojeni kioevu. Vipengele tofauti vya kuchemsha vya oksijeni ya kioevu na nitrojeni ya kioevu hutumiwa kuzitenganisha kwa njia ya kunereka kwa hewa kioevu ili kupata nitrojeni.
Faida: uzalishaji mkubwa wa gesi na usafi wa juu wa nitrojeni ya bidhaa. Uzalishaji wa nitrojeni ya cryogenic unaweza kutoa sio tu nitrojeni bali pia nitrojeni kioevu, ambayo inakidhi mahitaji ya mchakato wa nitrojeni kioevu na inaweza kuhifadhiwa katika tanki za kuhifadhi nitrojeni kioevu. Wakati kuna mzigo wa nitrojeni wa vipindi au urekebishaji mdogo wa vifaa vya kutenganisha hewa, nitrojeni ya kioevu kwenye tank ya kuhifadhi huingia kwenye vaporizer na kuwashwa, na kisha kutumwa kwa bomba la nitrojeni la bidhaa ili kukidhi mahitaji ya nitrojeni ya kitengo cha mchakato. Mzunguko wa uendeshaji wa uzalishaji wa nitrojeni ya cryogenic (ikirejelea muda kati ya vipasho viwili vikubwa) kwa ujumla ni zaidi ya mwaka 1, kwa hivyo uzalishaji wa nitrojeni ya cryogenic kwa ujumla hauzingatiwi kama hali ya kusubiri.
Hasara: Uzalishaji wa nitrojeni ya cryogenic unaweza kuzalisha nitrojeni kwa usafi wa ≧99.999%, lakini usafi wa nitrojeni ni mdogo na mzigo wa nitrojeni, idadi ya tray, ufanisi wa tray na usafi wa oksijeni katika hewa ya kioevu, na safu ya marekebisho ni ndogo sana. Kwa hiyo, kwa seti ya vifaa vya uzalishaji wa nitrojeni ya cryogenic, usafi wa bidhaa kimsingi ni fulani na haufai kurekebisha. Kwa kuwa njia ya cryogenic inafanywa kwa joto la chini sana, vifaa lazima viwe na mchakato wa kuanza kwa baridi kabla ya kuwekwa kwenye operesheni ya kawaida. Wakati wa kuanza, yaani, wakati tangu mwanzo wa expander hadi wakati usafi wa nitrojeni kufikia mahitaji, kwa ujumla si chini ya masaa 12; kabla ya kifaa kuingia kwenye urekebishaji, lazima iwe na muda wa kupokanzwa na kuyeyusha, kwa ujumla masaa 24. Kwa hiyo, vifaa vya uzalishaji wa nitrojeni ya cryogenic haipaswi kuanza na kusimamishwa mara kwa mara, na ni vyema kufanya kazi kwa kuendelea kwa muda mrefu.
Kwa kuongeza, mchakato wa cryogenic ni ngumu, unachukua eneo kubwa, una gharama kubwa za miundombinu, inahitaji vikosi maalum vya matengenezo, ina idadi kubwa ya waendeshaji, na hutoa gesi polepole (masaa 18 hadi 24). Inafaa kwa uzalishaji mkubwa wa nitrojeni wa viwandani.
Pili: Pressure Swing Adsorption (PSA) Mbinu ya Uzalishaji wa Nitrojeni
Teknolojia ya kutenganisha gesi ya Pressure Swing Adsorption (PSA) ni tawi muhimu la teknolojia ya kutenganisha gesi isiyo ya kilio. Ni matokeo ya juhudi za muda mrefu za watu kutafuta njia rahisi ya kutenganisha hewa kuliko njia ya cryogenic.
Katika miaka ya 1970, Kampuni ya Uchimbaji Madini ya Essen ya Ujerumani Magharibi ilifanikiwa kutengeneza ungo wa molekuli ya kaboni, na hivyo kufungua njia ya ukuzaji wa uzalishaji wa nitrojeni wa PSA wa kutenganisha hewa. Zaidi ya miaka 30 iliyopita, teknolojia hii imeendelea kwa kasi na kukomaa. Imekuwa mshindani mkubwa wa mgawanyiko wa hewa ya cryogenic katika uwanja wa uzalishaji mdogo na wa kati wa nitrojeni.
Uzalishaji wa nitrojeni kwa shinikizo la swing hutumia hewa kama malighafi na ungo wa molekuli ya kaboni kama adsorbent. Inatumia sifa za uteule wa ungo wa molekuli ya kaboni ya oksijeni na nitrojeni angani, na hutumia kanuni ya adsorption ya swing shinikizo (adsorption ya shinikizo, desorption ya kupunguza shinikizo na kuzaliwa upya kwa ungo wa molekuli) kutenganisha oksijeni na nitrojeni kwenye joto la kawaida ili kuzalisha nitrojeni.
Ikilinganishwa na uzalishaji wa nitrojeni wa mgawanyiko wa hewa, shinikizo la swing adsorption uzalishaji wa nitrojeni una faida kubwa: utengano wa adsorption unafanywa kwa joto la kawaida, mchakato ni rahisi, vifaa ni compact, nyayo ni ndogo, ni rahisi kuanza na kuacha, ni. huanza haraka, uzalishaji wa gesi ni haraka (kwa ujumla kama dakika 30), matumizi ya nishati ni ndogo, gharama ya uendeshaji ni ya chini, kiwango cha automatisering ni cha juu, uendeshaji na matengenezo ni rahisi, ufungaji wa skid ni rahisi, hakuna msingi maalum. inahitajika, usafi wa nitrojeni wa bidhaa unaweza kubadilishwa ndani ya anuwai fulani, na uzalishaji wa nitrojeni ni ≤3000Nm3/h. Kwa hivyo, uzalishaji wa nitrojeni wa swing shinikizo unafaa hasa kwa uendeshaji wa vipindi.
Hata hivyo, hadi sasa, wenzao wa ndani na nje wanaweza tu kuzalisha nitrojeni kwa usafi wa 99.9% (yaani, O2≤0.1%) kwa kutumia teknolojia ya uzalishaji wa nitrojeni ya PSA. Baadhi ya makampuni yanaweza kuzalisha 99.99% ya nitrojeni safi (O2≤0.01%). Usafi wa hali ya juu unawezekana kwa mtazamo wa teknolojia ya uzalishaji wa nitrojeni ya PSA, lakini gharama ya uzalishaji ni ya juu sana na hakuna uwezekano wa watumiaji kuikubali. Kwa hiyo, matumizi ya teknolojia ya uzalishaji wa nitrojeni ya PSA ili kuzalisha nitrojeni ya kiwango cha juu lazima pia kuongeza kifaa cha utakaso baada ya hatua.
Mbinu ya utakaso wa nitrojeni (kipimo cha viwanda)
(1) Mbinu ya kutoa oksijeni kwa haidrojeni.
Chini ya kitendo cha kichocheo, oksijeni iliyobaki katika nitrojeni humenyuka pamoja na hidrojeni iliyoongezwa kutoa maji, na fomula ya majibu ni: 2H2 + O2 = 2H2O. Kisha, maji huondolewa na nyongeza ya shinikizo la nitrojeni ya shinikizo, na nitrojeni ya usafi wa juu yenye vipengele vikuu vifuatavyo hupatikana kwa kukausha baada ya kukausha: N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10.7×10-6. Gharama ya uzalishaji wa nitrojeni ni karibu yuan 0.5/m3.
(2) Njia ya hidrojeni na uondoaji oksijeni.
Njia hii imegawanywa katika hatua tatu: hatua ya kwanza ni hidrojeni na deoxygenation, hatua ya pili ni dehydrogenation, na hatua ya tatu ni kuondolewa kwa maji. Nitrojeni ya usafi wa juu na utungaji wafuatayo hupatikana: N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6. Gharama ya uzalishaji wa nitrojeni ni takriban yuan 0.6/m3.
(3) Mbinu ya kutoa oksijeni ya kaboni.
Chini ya utendakazi wa kichocheo kinachoungwa mkono na kaboni (kwa halijoto fulani), oksijeni iliyobaki katika nitrojeni ya kawaida humenyuka pamoja na kaboni inayotolewa na kichocheo chenyewe kutoa CO2. Fomula ya majibu: C + O2 = CO2. Baada ya hatua inayofuata ya kuondoa CO2 na H2O, nitrojeni ya usafi wa juu na utungaji wafuatayo hupatikana: N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6. Gharama ya uzalishaji wa nitrojeni ni karibu yuan 0.6/m3.
Tatu: Utenganishaji wa utando na utenganisho wa hewa uzalishaji wa nitrojeni
Utenganishaji wa utando na kutenganisha hewa uzalishaji wa nitrojeni pia ni tawi jipya la teknolojia ya uzalishaji wa nitrojeni isiyo ya kilio. Ni mbinu mpya ya uzalishaji wa nitrojeni ambayo ilikua kwa kasi nje ya nchi katika miaka ya 1980. Imekuzwa na kutumika nchini China katika miaka ya hivi karibuni.
Uzalishaji wa nitrojeni wa kutenganisha utando hutumia hewa kama malighafi. Chini ya shinikizo fulani, hutumia viwango tofauti vya upenyezaji wa oksijeni na nitrojeni kwenye utando wa nyuzi tupu kutenganisha oksijeni na nitrojeni ili kutokeza nitrojeni. Ikilinganishwa na mbinu mbili zilizo hapo juu za uzalishaji wa nitrojeni, ina sifa za muundo rahisi wa vifaa, ujazo mdogo, hakuna vali ya kubadili, uendeshaji na matengenezo rahisi, uzalishaji wa gesi haraka (ndani ya dakika 3), na upanuzi wa uwezo unaofaa zaidi.
Walakini, utando wa nyuzi mashimo una mahitaji madhubuti juu ya usafi wa hewa iliyoshinikwa. Utando huwa na kuzeeka na kushindwa, na ni vigumu kutengeneza. Utando mpya unahitaji kubadilishwa.
Uzalishaji wa nitrojeni wa kutenganisha utando unafaa zaidi kwa watumiaji wadogo na wa kati wenye mahitaji ya usafi wa nitrojeni ya ≤98%, na una uwiano bora wa bei ya utendakazi kwa wakati huu; wakati usafi wa nitrojeni unahitajika kuwa wa juu kuliko 98%, ni karibu 30% ya juu kuliko kifaa cha uzalishaji wa nitrojeni cha shinikizo la swing ya vipimo sawa. Kwa hiyo, wakati naitrojeni ya hali ya juu inatolewa kwa kuchanganya uzalishaji wa nitrojeni wa kutenganisha utando na vifaa vya kusafisha nitrojeni, usafi wa nitrojeni ya jumla kwa ujumla ni 98%, ambayo itaongeza gharama ya uzalishaji na gharama ya uendeshaji wa kifaa cha utakaso.
Muda wa kutuma: Jul-24-2024
