Što je proizvodnja dušika u kriogenom odvajanju zraka

Proizvodnja dušika kriogenom separacijom zraka tradicionalna je metoda proizvodnje dušika s poviješću dugom nekoliko desetljeća. Koristi zrak kao sirovinu, komprimira ga i pročišćava, a zatim koristi izmjenu topline za ukapljivanje zraka u tekući zrak. Tekući zrak je uglavnom mješavina tekućeg kisika i tekućeg dušika. Koristeći različita vrelišta tekućeg kisika i tekućeg dušika, dušik se dobiva njihovim odvajanjem destilacijom tekućeg zraka.

Tipični tijek procesa

Cijeli proces sastoji se od kompresije i pročišćavanja zraka, odvajanja zraka i isparavanja tekućeg dušika.

1. Kompresija i pročišćavanje zraka

Nakon što je zrak očišćen od prašine i mehaničkih nečistoća zračnim filtrom, ulazi u kompresor zraka, komprimira se do potrebnog tlaka, a zatim se šalje u hladnjak zraka kako bi se smanjila temperatura zraka. Zatim ulazi u pročistač za sušenje zraka kako bi uklonio vlagu, ugljični dioksid, acetilen i druge ugljikovodike u zraku.

2. Odvajanje zraka

Pročišćeni zrak ulazi u glavni izmjenjivač topline u tornju za odvajanje zraka, hladi se do temperature zasićenja povratnim plinom (dušik produkta, otpadni plin) i šalje na dno tornja za destilaciju. Dušik se dobiva na vrhu tornja, a tekući zrak se prigušuje i šalje. Ulazi u kondenzacijski isparivač da ispari, au isto vrijeme se kondenzira dio dušika koji se šalje iz rektifikacijskog tornja. Dio kondenziranog tekućeg dušika koristi se kao refluksna tekućina rektifikacijskog tornja, a drugi dio se koristi kao proizvod tekućeg dušika i napušta toranj za odvajanje zraka.

Ispušni plin iz kondenzacijskog isparivača ponovno se zagrijava na oko 130 K pomoću glavnog izmjenjivača topline i ulazi u ekspander za ekspanziju i hlađenje kako bi se osigurao kapacitet hlađenja za toranj za odvajanje zraka. Dio ekspandiranog plina koristi se za regeneraciju i hlađenje molekularnog sita, a zatim se ispušta kroz prigušivač. atmosfera.

3. Isparavanje tekućim dušikom

Tekući dušik iz tornja za odvajanje zraka pohranjuje se u spremnik tekućeg dušika. Kada se pregledava oprema za odvajanje zraka, tekući dušik u spremniku za pohranu ulazi u isparivač i zagrijava se prije slanja u cjevovod za dušik proizvoda.

Kriogena proizvodnja dušika može proizvesti dušik čistoće ≧99,999%.

čistoća

Kriogena proizvodnja dušika može proizvesti dušik čistoće ≧99,999%. Čistoća dušika ograničena je opterećenjem dušikom, brojem ladica, učinkovitošću ladica i čistoćom kisika u tekućem zraku itd., a raspon podešavanja je mali.

Stoga je za skup opreme za proizvodnju kriogenog dušika čistoća proizvoda u osnovi sigurna i nezgodno ju je prilagoditi.

Glavna oprema uključena u uređaj za generator kriogenog dušika

1. Filtriranje zraka

Kako bi se smanjilo trošenje mehaničke pokretne površine unutar zračnog kompresora i osigurala kvaliteta zraka, prije nego što zrak uđe u zračni kompresor, prvo mora proći kroz filtar za zrak kako bi se uklonila prašina i druge nečistoće sadržane u njemu. Usis zraka zračnih kompresora uglavnom koristi filtre grube učinkovitosti ili filtre srednje učinkovitosti.

2. Zračni kompresor

Prema principu rada zračni kompresori se mogu podijeliti u dvije kategorije: volumetrijski i brzinski. Zračni kompresori uglavnom koriste klipne zračne kompresore, centrifugalne zračne kompresore i vijčane zračne kompresore.

3. Hladnjak zraka

Koristi se za smanjenje temperature komprimiranog zraka prije ulaska u pročistač za sušenje zraka i toranj za odvajanje zraka, izbjegavanje velikih fluktuacija u temperaturi koja ulazi u toranj i može istaložiti većinu vlage u komprimiranom zraku. Rashladnici vode za dušik (sastavljeni od tornjeva za hlađenje vode i tornjeva za hlađenje zraka: toranj za hlađenje vode koristi otpadni plin iz tornja za odvajanje zraka za hlađenje cirkulirajuće vode, a toranj za hlađenje zraka koristi cirkulirajuću vodu iz tornja za hlađenje vode za hlađenje zrak), freonski hladnjak zraka.

4. Sušilo i pročišćivač zraka

Komprimirani zrak još uvijek sadrži određenu količinu vlage, ugljičnog dioksida, acetilena i drugih ugljikovodika nakon prolaska kroz hladnjak zraka. Smrznuta vlaga i ugljični dioksid taloženi u tornju za odvajanje zraka blokirat će kanale, cijevi i ventile. Acetilen se nakuplja u tekućem kisiku i postoji opasnost od eksplozije. Prašina će istrošiti strojeve koji rade. Kako bi se osigurao dugoročni siguran rad jedinice za odvajanje zraka, mora se postaviti posebna oprema za pročišćavanje za uklanjanje ovih nečistoća. Najčešće metode pročišćavanja zraka su adsorpcija i zamrzavanje. Metoda adsorpcije na molekularnom situ naširoko se koristi u malim i srednjim generatorima dušika u Kini.

Proizvođači za proizvodnju dušika - kineska tvornica za proizvodnju dušika i dobavljači (xinfatools.com)

5. Toranj za odvajanje zraka

Toranj za odvajanje zraka uglavnom uključuje glavni izmjenjivač topline, ukapljivač, destilacijski toranj, kondenzacijski isparivač itd. Glavni izmjenjivač topline, kondenzacijski isparivač i ukapljivač su izmjenjivači topline s iskrivljenom pločom. To je novi tip kombiniranog pregradnog izmjenjivača topline s potpuno aluminijskom metalnom strukturom. Prosječna temperaturna razlika je vrlo mala, a učinkovitost izmjene topline je čak 98-99%. Destilacijski toranj je oprema za odvajanje zraka. Vrste opreme tornja dijele se prema unutarnjim dijelovima. Toranj s sitastom pločom naziva se toranj s sitastom pločom, toranj s mjehurastom kapom s pločom s mjehurićastom kapom naziva se toranj s mjehurastom kapom, a pakirani toranj s naslaganim pakiranjem naziva se toranj s sitastom pločom. Sitasta ploča ima jednostavnu strukturu, jednostavna je za proizvodnju i ima visoku učinkovitost ploče, tako da se naširoko koristi u tornjevima za destilaciju frakcioniranjem zraka. Pakirani tornjevi se uglavnom koriste za destilacijske tornjeve promjera manjeg od 0,8 m i visine ne veće od 7 m. Tornjevi s mjehurićima sada se rijetko koriste zbog njihove složene strukture i poteškoća u proizvodnji.

6. Turboekspander

To je stroj s rotirajućim oštricama koje generatori dušika koriste za stvaranje hladne energije. To je plinska turbina koja se koristi u uvjetima niske temperature. Turboekspanderi se dijele na tip aksijalnog protoka, tip centripetalnog radijalnog protoka i tip centripetalnog radijalnog protoka prema smjeru strujanja plina u impeleru; prema tome nastavlja li plin ekspandirati u impeleru, dijeli se na protunapadni i udarni tip. Nastavak ekspanzije je tipa protunapada. tipa, ne nastavlja se širiti i postaje udarni tip. Jednostupanjski radijalni aksijalni udarni turbinski ekspanderi naširoko se koriste u opremi za odvajanje zraka. Generator dušika za kriogenu separaciju zraka ima složenu opremu, veliku površinu, visoke troškove infrastrukture, visoka jednokratna ulaganja u opremu, visoke operativne troškove, sporu proizvodnju plina (12 do 24 sata), visoke zahtjeve za instalaciju i dug ciklus. Uzimajući u obzir čimbenike opreme, instalacije i infrastrukture, opseg ulaganja u PSA opremu s istim specifikacijama za opremu ispod 3500Nm3/h je 20% do 50% niži od onog za kriogenu opremu za odvajanje zraka. Uređaj za generator kriogenog dušika prikladan je za industrijsku proizvodnju dušika velikih razmjera, ali proizvodnja dušika srednjih i malih razmjera je neekonomična.