Генератор азота - Nitrogen generator

Генератор азота PSA

Генераторы азота а станции представляют собой стационарные или мобильные комплексы по производству азота из воздуха.

Генератор адсорбционного азота

Адсорбционная технология

Концепция адсорбции

Генератор адсорбционного азота

Адсорбция газ Процесс разделения в генераторах азота основан на явлении фиксации различных компонентов газовой смеси твердым веществом, называемым адсорбент. Это явление вызвано взаимодействием молекул газа и адсорбента.[1]

Технология адсорбции при переменном давлении

Технология получения азота из воздуха с использованием адсорбционных процессов в азотных генераторах хорошо изучена и широко применяется на промышленных предприятиях для получения азота высокой чистоты.[2][3]

Принцип работы генератора азота, использующего адсорбционную технологию, основан на зависимости скорости адсорбции различных компонентов газовой смеси от факторов давления и температуры. Среди азотных адсорбционных установок различных типов, адсорбция при переменном давлении (PSA) заводы нашли самое широкое применение во всем мире.

Конструкция системы основана на регулировании адсорбции газа и регенерации адсорбента путем изменения давление в двух сосудах с адсорбентом. Этот процесс требует постоянной температуры, близкой к температуре окружающей среды. С помощью этого процесса азот производится установкой при давлении выше атмосферного, а регенерация адсорбента осуществляется при давлении ниже атмосферного.

Процесс качающейся адсорбции в каждом из двух адсорберов состоит из двух стадий, продолжающихся несколько минут. На стадии адсорбции кислорода H2O и CO2 молекулы диффундируют в пористую структуру адсорбента, в то время как молекулы азота могут перемещаться через сосуд, содержащий адсорбер-адсорбент. На стадии регенерации адсорбированные компоненты высвобождаются из адсорбента, выброшенного в атмосферу. Затем процесс многократно повторяется.[4]

Преимущества

  • Высокая чистота азота: азотные генераторы PSA позволяют производить азот высокой чистоты из воздуха, который мембрана системы не могут обеспечить - до 99,9995% азота. Но в большинстве случаев они производят не более 98,8% азота, а остальным является аргон, который не отделяется от азота с помощью обычного процесса PSA. Аргон обычно не представляет проблемы, поскольку аргон более инертен, чем азот. Такую чистоту азота можно обеспечить и криогенными системами, но они значительно сложнее и оправдываются только большими объемами потребления. В генераторах азота используется CMS (углеродный молекулярная решетка ) для непрерывной подачи азота сверхвысокой чистоты и доступны с внутренними компрессорами или без них.
  • Низкие эксплуатационные расходы: за счет замены устаревших воздухоразделительных установок экономия производства азота превышает 50%.[нужна цитата ] Себестоимость азота, производимого генераторами азота, значительно меньше стоимости бутилированного или сжиженного азота.[5]
  • Воздействие на окружающую среду: производство газообразного азота - это устойчивый, экологически чистый и энергоэффективный подход к получению чистого, чистого и сухого газообразного азота. По сравнению с энергией, необходимой для криогенной установки разделения воздуха, и энергией, необходимой для транспортировки жидкого азота от установки к объекту, генерируемый азот потребляет меньше энергии и создает намного меньше парниковых газов.[6]

Мембранная техника

Мембранный генератор азота

Концепция разделения газа

Работа мембрана Система основана на принципе дифференциальной скорости, с которой различные компоненты газовой смеси проникают в вещество мембраны. Движущей силой в процессе разделения газов является разница парциальных давлений на разных сторонах мембраны.[7]

Мембранный картридж

Распределение потока внутри волокна

Конструктивно мембрана из полых волокон представляет собой цилиндрический картридж, выполняющий роль катушки со специально намотанными полимерными волокнами. Газовый поток подается под давлением в пучок мембранных волокон. За счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхности мембраны осуществляется разделение газовых потоков.

Преимущества

  • Экономические выгоды: при замене криогенных или адсорбционных систем экономия производства азота обычно превышает 50%.[нужна цитата ] Себестоимость азота, производимого азотными комплексами, значительно меньше стоимости баллона или сжиженного азота.[5]
  • Модульная конструкция: Что касается простоты системы, генератор азота можно разделить на модули. Это резко контрастирует с классическими системами, в которых оборудование рассчитано на определенный этап процесса разделения. Используя модульную систему, генерирующий объект может быть построен из набора уже существующего оборудования, и, при необходимости, выходная мощность завода может быть увеличена с минимальными затратами. Этот вариант оказывается тем более полезным, когда проект предусматривает последующее увеличение производственных мощностей предприятия или когда спрос может просто требовать производства азота на месте с использованием уже имеющегося оборудования.
  • Надежность: газоразделительные установки не имеют движущихся компонентов, что обеспечивает исключительную надежность. Мембраны обладают высокой устойчивостью к вибрации и ударам, химически инертны к смазкам, нечувствительны к влаге и способны работать в широком диапазоне температур от –40 ° С до + 60 ° С.[нужна цитата ] При надлежащем техническом обслуживании срок службы мембранного блока составляет от 130 000 до 180 000 часов (от 15 до 20 лет непрерывной работы).[нужна цитата ]

Недостатки

  • Ограниченная емкость
  • Относительно низкая чистота по сравнению с установками PSA (чистота от 95% до 99% по сравнению с 99,9995% - приложения с более высокой чистотой доступны при более низких расходах ≤ 10 л / мин)

Применение генераторов азота

  • Пищевая промышленность и производство напитков: в момент производства продуктов питания или напитков или сбора фруктов и овощей начинается процесс старения до полного разложения продуктов. Это вызвано бактериями и другими организмами. Генераторы используются для заливки продуктов N2 который вытесняет кислород и значительно продлевает срок службы продукта, поскольку эти организмы не могут развиваться. Кроме того, можно устранить или остановить химическое разложение пищевых продуктов, вызванное окислением.
  • Самолет & автомобиль шины: Несмотря на то что воздуха на 78% состоит из азота, большинство авиационных шин заполнено чистым азотом. Есть много шинных и автомобильных магазинов с генераторами азота для заполнения шин. Преимущество использования азота в том, что резервуар сухой. Часто в резервуаре со сжатым воздухом содержится вода, которая образуется в результате конденсации водяного пара в резервуаре после выхода из воздушного компрессора. Азот поддерживает более стабильное давление при нагревании и охлаждении в результате того, что он сухой, и не так легко проникает в шину из-за того, что он является немного большей молекулой (155 мкм), чем O2 (152 вечера).
  • Химическая и нефтехимическая промышленность: Основным и очень важным применением азота в химической и нефтехимической промышленности является создание инертной среды, направленной на обеспечение общей промышленной безопасности во время очистки и защиты технологических сосудов. Кроме того, азот используется для опрессовки трубопроводов, транспортировки химических реагентов и регенерации отработанных катализаторов в технологических процессах.
  • Электроника: В электронике азот служит для вытеснения кислорода при производстве полупроводников и электрических цепей, термообработке готовой продукции, а также при продувке и очистке. Наиболее распространенное применение в электронике - процесс пайки. В частности, оборудование для селективной пайки, пайки оплавлением и пайки волной.
Мембранный генератор азота, обеспечивающий контролирующий газ для спринклерной системы пожаротушения.
  • Противопожарная защита: в отрасли противопожарной защиты газообразный азот используется для двух различных целей - тушения пожара и предотвращения коррозии. Генераторы азота используются в гипоксический воздух системы предотвращения пожара для производства воздуха с низким содержанием кислорода, который подавляет пожар. Чтобы предотвратить коррозию, генераторы азота используются вместо или в сочетании с системой сжатого воздуха для обеспечения контроля газообразного азота вместо воздуха для сухой трубы и предварительного действия. системы пожаротушения.[8]
  • Стекольная промышленность: в производстве стекла азот эффективен в качестве охлаждающего агента для электродов электродуговой печи, а также для вытеснения кислорода во время технологических процессов.
  • Металлургия: Металлургическая промышленность обычно использует азот как средство защиты черных и цветных металлов во время отжига. Кроме того, азот полезен в таких стандартных промышленных процессах, как нейтральный отпуск, цементирование, пайка твердым припоем, снятие напряжений, закалка цианидом, спекание металлического порошка и охлаждение экструзионной головки.
  • Лакокрасочная промышленность: в лакокрасочном производстве азот используется для создания инертной среды в технологических сосудах для обеспечения безопасности, а также для вытеснения кислорода во время упаковки с целью предотвращения полимеризации олифы.
  • Нефть промышленность: в нефтяной промышленности азот является незаменимым компонентом в ряде процессов. Чаще всего азот используется для создания инертной среды для предотвращения взрывов и пожарной безопасности, а также для поддержки транспортировки и переноса углеводородов. Кроме того, азот используется для испытаний и продувки трубопроводов, очистки технологических емкостей, а также для очистки танкеров сжиженного газа и хранилищ углеводородов.
  • Фармацевтическая индустрия: В фармацевтической промышленности азот находит применение в упаковке фармацевтических препаратов, а также в обеспечении взрывобезопасности и пожарной безопасности при использовании мелкодисперсных веществ.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Глоссарий». Центр поддержки технологий восстановления заброшенных месторождений и земель. Архивировано из оригинал на 2008-02-18. Получено 2009-12-21.
  2. ^ «Как похоронить проблему». Королевское химическое общество. Получено 9 января 2012.
  3. ^ «Развитие адсорбции при колебаниях давления». Дорожная карта исследований человека. НАСА. Получено 9 января 2012.
  4. ^ "Как работают генераторы адсорбционного азота с переменным давлением?". Peak Scientific. Получено 9 января 2012.
  5. ^ а б «МЕМО 3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЗОТНЫХ ПРОЦЕССОВ: ВАБ И МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ» (PDF). ОТДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ УНИВЕРСИТЕТА КАРНЕГИ МЕЛЛОН. Получено 9 января 2012.
  6. ^ «Устойчивый подход к поставке азота». Parker Hannifin, Отдел фильтрации и разделения. Получено 5 марта 2015.
  7. ^ Вьет, W.R. (1991). Диффузия в полимерах и через них. Мюнхен: Hanser Verlag.
  8. ^ «Решения для защиты от коррозии спринклерных систем с сухими трубами». Получено 2017-02-24.