Met de vooruitgang van wetenschap en technologie en de ontwikkeling van de economie breidt het toepassingsbereik van stikstof zich met de dag uit en is het doorgedrongen tot vele industriële sectoren en het dagelijks leven.
Stikstofproductiefabrikanten - China Stikstofproductiefabriek en leveranciers (xinfatools.com)
Stikstof is het hoofdbestanddeel van lucht en vertegenwoordigt ongeveer 78% van de lucht. Elementaire stikstof N2 is onder normale omstandigheden een kleur- en geurloos gas. De gasdichtheid onder standaardtoestand is 1,25 g/l. Het smeltpunt is -210℃ en het kookpunt is -196℃. Vloeibare stikstof is een koelmiddel voor lage temperaturen (-196℃).
Vandaag zullen we verschillende belangrijke methoden introduceren voor de productie van stikstof in binnen- en buitenland.
Er zijn drie algemene stikstofproductiemethoden op industriële schaal: cryogene stikstofproductie door luchtscheiding, stikstofproductie door drukwisselingsadsorptie en stikstofproductie door membraanscheiding.
Ten eerste: Cryogene luchtscheidingsstikstofproductiemethode
Cryogene luchtscheidingsstikstofproductie is een traditionele stikstofproductiemethode met een geschiedenis van bijna tientallen jaren. Het gebruikt lucht als grondstof, comprimeert en zuivert het, en gebruikt vervolgens warmte-uitwisseling om de lucht vloeibaar te maken tot vloeibare lucht. Vloeibare lucht is hoofdzakelijk een mengsel van vloeibare zuurstof en vloeibare stikstof. De verschillende kookpunten van vloeibare zuurstof en vloeibare stikstof worden gebruikt om ze te scheiden door de destillatie van vloeibare lucht om stikstof te verkrijgen.
Voordelen: grote gasproductie en hoge zuiverheid van productstikstof. Cryogene stikstofproductie kan niet alleen stikstof produceren, maar ook vloeibare stikstof, die voldoet aan de procesvereisten van vloeibare stikstof en kan worden opgeslagen in opslagtanks voor vloeibare stikstof. Wanneer er sprake is van een periodieke stikstofbelasting of een kleine reparatie aan de luchtscheidingsapparatuur, komt de vloeibare stikstof in de opslagtank de verdamper binnen, wordt verwarmd en vervolgens naar de productstikstofpijpleiding gestuurd om aan de stikstofbehoefte van de proceseenheid te voldoen. De bedrijfscyclus van de cryogene stikstofproductie (verwijzend naar het interval tussen twee grote verwarmingen) is over het algemeen meer dan 1 jaar, dus de cryogene stikstofproductie wordt over het algemeen niet als standby beschouwd.
Nadelen: Cryogene stikstofproductie kan stikstof produceren met een zuiverheid van ≧99,999%, maar de zuiverheid van stikstof wordt beperkt door de stikstofbelasting, het aantal trays, de efficiëntie van de trays en de zuurstofzuiverheid in vloeibare lucht, en het aanpassingsbereik is erg klein. Daarom is de productzuiverheid voor een reeks cryogene stikstofproductieapparatuur in principe zeker en lastig aan te passen. Omdat de cryogene methode bij extreem lage temperaturen wordt uitgevoerd, moet de apparatuur een opstartproces van voorkoeling ondergaan voordat deze in normaal bedrijf kan worden gezet. De opstarttijd, dat wil zeggen de tijd vanaf het starten van de expander tot het moment waarop de stikstofzuiverheid de vereiste bereikt, bedraagt doorgaans niet minder dan 12 uur; Voordat de apparatuur aan de revisie begint, moet deze een periode van opwarm- en ontdooitijd hebben, doorgaans 24 uur. Daarom mag de cryogene stikstofproductieapparatuur niet vaak worden gestart en gestopt, en is het raadzaam om gedurende lange tijd continu te werken.
Bovendien is het cryogene proces complex, beslaat het een groot oppervlak, heeft het hoge infrastructuurkosten, vereist het speciale onderhoudskrachten, heeft het een groot aantal operators en produceert het gas langzaam (18 tot 24 uur). Het is geschikt voor grootschalige industriële stikstofproductie.
Ten tweede: Pressure Swing Adsorption (PSA) stikstofproductiemethode
Pressure Swing Adsorption (PSA) gasscheidingstechnologie is een belangrijke tak van de niet-cryogene gasscheidingstechnologie. Het is het resultaat van de langdurige inspanningen van mensen om een eenvoudigere luchtscheidingsmethode te vinden dan de cryogene methode.
In de jaren zeventig ontwikkelde de West-Duitse Essen Mining Company met succes moleculaire koolstofzeven, waarmee de weg werd vrijgemaakt voor de industrialisatie van de PSA-luchtscheidingsstikstofproductie. De afgelopen 30 jaar heeft deze technologie zich snel ontwikkeld en volwassen gemaakt. Het is een sterke concurrent geworden van cryogene luchtscheiding op het gebied van kleine en middelgrote stikstofproductie.
Bij de productie van drukwisseladsorptie-stikstof wordt lucht als grondstof en moleculaire koolstofzeef als adsorbens gebruikt. Het maakt gebruik van de kenmerken van de selectieve adsorptie van zuurstof en stikstof in de lucht door koolstofmoleculaire zeef, en gebruikt het principe van drukzwaai-adsorptie (drukadsorptie, drukreductiedesorptie en regeneratie van moleculaire zeef) om zuurstof en stikstof bij kamertemperatuur te scheiden om stikstof te produceren.
Vergeleken met de cryogene stikstofproductie door luchtscheiding heeft de productie van stikstof door drukwisselingsadsorptie aanzienlijke voordelen: adsorptiescheiding wordt uitgevoerd bij kamertemperatuur, het proces is eenvoudig, de apparatuur is compact, de voetafdruk is klein, het is gemakkelijk te starten en te stoppen, het start snel, de gasproductie is snel (doorgaans ongeveer 30 minuten), het energieverbruik is klein, de bedrijfskosten zijn laag, de mate van automatisering is hoog, de bediening en het onderhoud zijn handig, de skid-installatie is handig, geen speciale basis is vereist, kan de zuiverheid van het productstikstof binnen een bepaald bereik worden aangepast en is de stikstofproductie ≤3000Nm3/h. Daarom is de drukschommelings-adsorptie-stikstofproductie bijzonder geschikt voor intermitterend bedrijf.
Tot nu toe kunnen binnenlandse en buitenlandse tegenhangers echter alleen stikstof produceren met een zuiverheid van 99,9% (dwz O2≤0,1%) met behulp van PSA-stikstofproductietechnologie. Sommige bedrijven kunnen 99,99% zuivere stikstof (O2≤0,01%) produceren. Hogere zuiverheid is mogelijk vanuit het perspectief van PSA-stikstofproductietechnologie, maar de productiekosten zijn te hoog en het is onwaarschijnlijk dat gebruikers dit zullen accepteren. Daarom moet het gebruik van PSA-stikstofproductietechnologie om zeer zuivere stikstof te produceren ook een post-fase zuiveringsapparaat toevoegen.
Stikstofzuiveringsmethode (industriële schaal)
(1) Hydrogenatie-deoxygenatiemethode.
Onder invloed van een katalysator reageert de resterende zuurstof in de stikstof met de toegevoegde waterstof om water te produceren, en de reactieformule is: 2H2 + O2 = 2H2O. Vervolgens wordt het water verwijderd door een hogedruk-stikstofcompressorbooster en wordt de zeer zuivere stikstof met de volgende hoofdcomponenten verkregen door nadrogen: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. De kosten van de stikstofproductie bedragen ongeveer 0,5 yuan/m3.
(2) Hydrogenerings- en deoxygenatiemethode.
Deze methode is verdeeld in drie fasen: de eerste fase is hydrogenering en deoxygenatie, de tweede fase is dehydrogenering en de derde fase is waterverwijdering. Er wordt zeer zuivere stikstof met de volgende samenstelling verkregen: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. De kosten van de stikstofproductie bedragen ongeveer 0,6 yuan/m3.
(3) Koolstofdeoxygenatiemethode.
Onder invloed van een door koolstof ondersteunde katalysator (bij een bepaalde temperatuur) reageert de resterende zuurstof in gewone stikstof met de koolstof die door de katalysator zelf wordt geleverd, waardoor CO2 ontstaat. Reactieformule: C + O2 = CO2. Na de daaropvolgende fase van het verwijderen van CO2 en H2O wordt zeer zuivere stikstof met de volgende samenstelling verkregen: N2 ≥ 99,999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. De kosten van de stikstofproductie bedragen ongeveer 0,6 yuan/m3.
Ten derde: membraanscheiding en stikstofproductie door luchtscheiding
Membraanscheiding en luchtscheiding Stikstofproductie is ook een nieuwe tak van de niet-cryogene stikstofproductietechnologie. Het is een nieuwe stikstofproductiemethode die zich in de jaren tachtig snel in het buitenland ontwikkelde. Het is de afgelopen jaren in China gepromoot en toegepast.
Bij de stikstofproductie door membraanscheiding wordt lucht als grondstof gebruikt. Onder een bepaalde druk gebruikt het de verschillende permeatiesnelheden van zuurstof en stikstof in het hollevezelmembraan om zuurstof en stikstof te scheiden en stikstof te produceren. Vergeleken met de bovengenoemde twee stikstofproductiemethoden heeft het de kenmerken van een eenvoudiger apparatuurstructuur, kleiner volume, geen omschakelklep, eenvoudiger bediening en onderhoud, snellere gasproductie (binnen 3 minuten) en gemakkelijkere capaciteitsuitbreiding.
Hollevezelmembranen stellen echter strengere eisen aan de reinheid van perslucht. De membranen zijn gevoelig voor veroudering en defecten, en zijn moeilijk te repareren. Nieuwe membranen moeten worden vervangen.
De stikstofproductie door middel van membraanscheiding is geschikter voor kleine en middelgrote gebruikers met stikstofzuiverheidseisen van ≤98%, en heeft op dit moment de beste functie-prijsverhouding; wanneer de stikstofzuiverheid hoger moet zijn dan 98%, is deze ongeveer 30% hoger dan het drukschommelings-adsorptie-stikstofproductie-apparaat met dezelfde specificatie. Wanneer zeer zuivere stikstof wordt geproduceerd door het combineren van stikstofproductie- en stikstofzuiveringsapparatuur met membraanscheiding, is de zuiverheid van algemene stikstof daarom in het algemeen 98%, wat de productiekosten en de bedrijfskosten van het zuiveringsapparaat zal verhogen.
Posttijd: 24 juli 2024
