Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Генератор азота PSA

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

Генератор адсорбционного азота

Адсорбционная технология [ править ]

Концепция адсорбции [ править ]

Генератор адсорбционного азота

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

Технология адсорбции при переменном давлении [ править ]

Технология получения азота из воздуха с использованием процессов адсорбции в генераторах азота 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, установки с переменным давлением (PSA) нашли самое широкое применение во всем мире.

Конструкция системы основана на регулировании адсорбции газа и регенерации адсорбента путем изменения давления в двух сосудах адсорбент – адсорбент. Этот процесс требует постоянной температуры, близкой к температуре окружающей среды. В этом процессе 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 кислород, молекулы H 2 O и CO 2 диффундируют в пористую структуру адсорбента, в то время как молекулы азота проходят через сосуд, содержащий адсорбер-адсорбент. На стадии регенерации адсорбированные компоненты высвобождаются из адсорбента, выброшенного в атмосферу. Затем процесс многократно повторяется. [4]

Преимущества [ править ]

  • Высокая чистота азота: азотные генераторы PSA позволяют производить азот высокой чистоты из воздуха, который мембранные 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. Обычно проблема с аргоном не возникает, поскольку аргон более инертен, чем азот. Такую чистоту азота можно обеспечить и с помощью криогенных систем, но они значительно сложнее и оправдываются только большими объемами потребления. Генераторы азота используют технологию CMS (углеродные молекулярные сита ) для непрерывной подачи азота сверхвысокой чистоты и доступны как с внутренними компрессорами, так и без них.
  • Низкие эксплуатационные расходы: при замене устаревших воздухоразделительных установок экономия производства азота превышает 50%. [ необходима цитата ] Чистая стоимость азота, производимого генераторами азота, значительно меньше, чем стоимость 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 гораздо меньше парниковых газов. [6]

Мембранные технологии [ править ]

Мембранный генератор азота

Концепция газоразделения [ править ]

Работа мембранных систем 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 [ править ]

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 [ править ]

  • Экономические преимущества: при замене криогенных или адсорбционных систем экономия производства азота обычно превышает 50%. [ необходима цитата ] Чистая стоимость азота, производимого азотными комплексами, значительно меньше, чем стоимость 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 определенную стадию процесса разделения. Используя модульную систему, генерирующая установка может быть построена из набора ранее существовавшего оборудования, и, при необходимости, выходная мощность установки 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 потребовать производства азота на месте с использованием уже имеющегося оборудования.
  • Надежность: газоразделительные установки не имеют движущихся частей, 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. [ необходима цитата ] При надлежащем техническом обслуживании срок службы мембранного блока составляет от 130 000 до 180 000 часов (от 15 до 20 лет непрерывной работы). [ необходима цитата ]

Недостатки [ править ]

  • Ограниченная вместимость
  • 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 [ править ]

  • 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 наполнения продуктов N 2, который вытесняет кислород и значительно продлевает срок службы продукта, поскольку эти организмы не могут развиваться. Кроме того, можно исключить или остановить химическое разложение пищевых продуктов, вызванное окислением.
  • Аналитическая химия : генераторы азота требуются для различных форм аналитической химии, таких как жидкостная хроматография-масс-спектрометрия и газовая хроматография, где необходима стабильная и непрерывная подача азота.
  • Шины для самолетов и автомобилей : хотя воздух на 78% состоит из азота, большинство шин для самолетов заполнено чистым азотом. Есть много шинных и автомобильных магазинов с генераторами азота для заправки 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 O 2 (152 мкм).
  • 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 при очистке и защите 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. Чаще всего в электронике используется 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 - для тушения пожара и предотвращения коррозии. Генераторы азота используются в гипоксических воздухе противопожарных систем для получения воздуха с низким содержанием кислорода , который будет подавить огнь. Для предотвращения коррозии генераторы азота используются вместо или в сочетании с системой сжатого воздуха для обеспечения контролирующего газообразного азота вместо воздуха для систем сухих труб и спринклерных систем с предварительным действием . [8]
  • Стекольная промышленность: в производстве стекла азот оказывается эффективным охлаждающим агентом для электродов электродуговой печи, а также замещает кислород во время технологических процессов.
  • Металлургия : в металлургической промышленности обычно используется азот как средство защиты черных и цветных металлов во время отжига. Кроме того, азот полезен в таких стандартных промышленных процессах, как нейтральный отпуск, цементирование, твердая пайка, 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.
  • Нефтяная 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 сосудов, а также для очистки танкеров сжиженного газа и хранилищ углеводородов.
  • Фармацевтическая промышленность : В фармацевтической промышленности азот находит применение в упаковке фармацевтических препаратов, а также в обеспечении взрывобезопасности и пожарной безопасности при использовании мелкодисперсных веществ.

См. Также [ править ]

  • Жидкий азот
  • Промышленный газ

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Глоссарий» . Центр поддержки технологий «Браунфилдс и возрождение земель». Архивировано из оригинала на 2008-02-18 . Проверено 21 декабря 2009 .
  2. ^ «Как похоронить проблему» . Королевское химическое общество . Проверено 9 января 2012 года .
  3. ^ «Развитие адсорбции при колебаниях давления» . Дорожная карта исследований человека . НАСА . Проверено 9 января 2012 года .
  4. ^ "Как работают генераторы адсорбционного азота с переменным давлением?" . Peak Scientific . Проверено 9 января 2012 года .
  5. ^ a b "MEMO 3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЗОТНЫХ ПРОЦЕССОВ: PSA И МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ" (PDF) . ХИМИЧЕСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ОТДЕЛ УНИВЕРСИТЕТА КАРНЕГИ МЕЛЛОН . Проверено 9 января 2012 года .
  6. ^ «Устойчивый подход к поставке азота» . Parker Hannifin, Отдел фильтрации и разделения . Проверено 5 марта 2015 года .
  7. ^ Вит, WR (1991). Распространение в полимерах и через них . Мюнхен: Hanser Verlag.
  8. ^ "Решения для коррозии спринклерных систем с сухими трубами" . Проверено 24 февраля 2017 .