Производство азота с помощью криогенной сепарации воздуха — традиционный метод производства азота, история которого насчитывает несколько десятилетий. Он использует воздух в качестве сырья, сжимает и очищает его, а затем использует теплообмен для сжижения воздуха в жидкий воздух. Жидкий воздух представляет собой в основном смесь жидкого кислорода и жидкого азота. Используя разные температуры кипения жидкого кислорода и жидкого азота, азот получают путем их разделения путем перегонки жидкого воздуха.
Типичная последовательность операций
Весь процесс состоит из сжатия и очистки воздуха, разделения воздуха и испарения жидкого азота.
1. Сжатие и очистка воздуха
После очистки воздушного фильтра от пыли и механических примесей воздух поступает в воздушный компрессор, сжимается до необходимого давления, а затем направляется в воздухоохладитель для снижения температуры воздуха. Затем он поступает в воздухоочиститель для удаления влаги, углекислого газа, ацетилена и других углеводородов из воздуха.
2. Сепарация воздуха
Очищенный воздух поступает в основной теплообменник воздухоразделительной башни, охлаждается до температуры насыщения флегмовым газом (продуктовый азот, отходящий газ) и направляется в нижнюю часть ректификационной колонны. Азот получают в верхней части башни, а жидкий воздух дросселируется и направляется. Он поступает в конденсационный испаритель для испарения, при этом часть азота, подаваемого из ректификационной башни, конденсируется. Часть сконденсированного жидкого азота используется в качестве флегмы ректификационной колонны, а другая часть используется в качестве жидкого азота и покидает воздухоразделительную башню.
Выхлопной газ из конденсационного испарителя повторно нагревается до температуры примерно 130 К в главном теплообменнике и поступает в детандер для расширения и охлаждения, обеспечивая охлаждающую способность воздухоразделительной башни. Часть расширенного газа используется для регенерации и охлаждения молекулярного сита, а затем выводится через глушитель. атмосфера.
3. Испарение жидкого азота.
Жидкий азот из воздухоразделительной башни хранится в резервуаре для хранения жидкого азота. При проверке оборудования разделения воздуха жидкий азот из резервуара для хранения поступает в испаритель и нагревается перед отправкой в трубопровод азота продукта.
Криогенное производство азота позволяет производить азот с чистотой 99,999%.
чистота
Криогенное производство азота позволяет производить азот с чистотой 99,999%. Чистота азота ограничена азотной нагрузкой, количеством тарелок, эффективностью тарелки и чистотой кислорода в жидком воздухе и т. д., а диапазон регулировки невелик.
Таким образом, для комплекта оборудования для производства криогенного азота чистота продукта в основном определена и ее неудобно регулировать.
Основное оборудование, входящее в состав устройства криогенного генератора азота.
1. Фильтрация воздуха
Чтобы уменьшить износ механической подвижной поверхности внутри воздушного компрессора и обеспечить качество воздуха, прежде чем воздух попадет в воздушный компрессор, он должен сначала пройти через воздушный фильтр для удаления пыли и других примесей, содержащихся в нем. В воздухозаборнике воздушных компрессоров в основном используются фильтры грубой или средней эффективности.
2. Воздушный компрессор
По принципу работы воздушные компрессоры можно разделить на две категории: объемные и скоростные. В воздушных компрессорах в основном используются поршневые воздушные компрессоры, центробежные воздушные компрессоры и винтовые воздушные компрессоры.
3. Воздухоохладитель
Он используется для снижения температуры сжатого воздуха перед подачей в воздухоочиститель и воздухоразделительную башню, позволяет избежать больших колебаний температуры на входе в башню и может осаждать большую часть влаги в сжатом воздухе. Азотные водоохладители (состоящие из водяных градирен и воздушных градирен: водяная градирня использует отходящие газы из воздухоразделительной башни для охлаждения циркулирующей воды, а воздушная градирня использует циркулирующую воду из водяной градирни для охлаждения воздух), фреоновый воздухоохладитель.
4. Осушитель и очиститель воздуха.
Сжатый воздух после прохождения через воздухоохладитель все еще содержит определенное количество влаги, углекислого газа, ацетилена и других углеводородов. Замерзшая влага и углекислый газ, осаждающиеся в воздухоразделительной башне, заблокируют каналы, трубы и клапаны. Ацетилен накапливается в жидком кислороде и существует опасность взрыва. Пыль изнашивает работающее оборудование. Для обеспечения длительной безопасной эксплуатации воздухоразделительной установки необходимо установить специальное очистное оборудование для удаления этих примесей. Наиболее распространенными методами очистки воздуха являются адсорбция и замораживание. Метод адсорбции на молекулярных ситах широко используется в генераторах азота малого и среднего размера в Китае.
5. Воздухоразделительная башня
Башня разделения воздуха в основном включает в себя главный теплообменник, ожижитель, дистилляционную колонну, конденсационный испаритель и т. д. Главный теплообменник, конденсационный испаритель и ожижитель представляют собой пластинчатые теплообменники. Это новый тип комбинированного секционного теплообменника с полностью алюминиевой металлической конструкцией. Средняя разница температур очень мала, а эффективность теплообмена достигает 98-99%. Дистилляционная башня представляет собой оборудование для разделения воздуха. Виды башенного оборудования подразделяются по внутренним частям. Башня с ситчатой пластиной и ситовой пластиной называется башней с ситчатой пластиной, барботажная башня с барботажной пластиной называется барботажной башней, а насадочная башня со штабелированной насадкой называется башней с ситчатой пластиной. Ситчатая пластина имеет простую конструкцию, проста в изготовлении и обладает высокой эффективностью, поэтому широко используется в дистилляционных колоннах для фракционирования воздуха. Насадочные башни в основном используются для ректификационных колонн диаметром менее 0,8 м и высотой не более 7 м. Башни с пузырьковыми крышками в настоящее время используются редко из-за их сложной конструкции и трудностей изготовления.
6. Турбодетандер
Это машина с вращающимися лопастями, используемая генераторами азота для выработки холодной энергии. Это газовая турбина, используемая в условиях низких температур. В зависимости от направления потока газа в рабочем колесе турбодетандеры делятся на типы с осевым потоком, с центростремительным радиальным потоком и с центростремительным радиальным потоком; В зависимости от того, продолжает ли газ расширяться в рабочем колесе, он делится на тип контратаки и тип удара. Продолжение расширения относится к типу контратаки. типа, он не продолжает расширяться и становится ударным типом. Одноступенчатые турбинные детандеры с радиальным осевым потоком широко используются в воздухоразделительном оборудовании. Криогенный генератор азота с разделением воздуха имеет сложное оборудование, большую площадь, высокие затраты на инфраструктуру, высокие единовременные инвестиции в оборудование, высокие эксплуатационные расходы, медленное производство газа (от 12 до 24 часов), высокие требования к установке и длительный цикл. Принимая во внимание факторы, связанные с оборудованием, установкой и инфраструктурой, масштаб инвестиций в оборудование PSA с теми же характеристиками для оборудования производительностью менее 3500 Нм3/ч на 20–50 % ниже, чем в криогенное оборудование для разделения воздуха. Устройство криогенного генератора азота подходит для крупномасштабного промышленного производства азота, но среднее и мелкомасштабное производство азота нерентабельно.
Время публикации: 27 февраля 2024 г.
