การผลิตไนโตรเจนแบบแยกอากาศด้วยความเย็นคืออะไร

การผลิตไนโตรเจนแบบแยกอากาศด้วยความเย็นเป็นวิธีการผลิตไนโตรเจนแบบดั้งเดิมที่มีประวัติยาวนานหลายทศวรรษ โดยจะใช้อากาศเป็นวัตถุดิบ บีบอัดและทำให้บริสุทธิ์ จากนั้นใช้การแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อทำให้อากาศกลายเป็นของเหลวให้เป็นอากาศของเหลว อากาศเหลวส่วนใหญ่เป็นส่วนผสมของออกซิเจนเหลวและไนโตรเจนเหลว การใช้จุดเดือดที่แตกต่างกันของออกซิเจนเหลวและไนโตรเจนเหลว จะได้ไนโตรเจนโดยการแยกพวกมันผ่านการกลั่นอากาศของเหลว

ผังกระบวนการทั่วไป

กระบวนการทั้งหมดประกอบด้วยการอัดอากาศและการทำให้บริสุทธิ์ การแยกอากาศ และการระเหยของไนโตรเจนเหลว

1. การอัดอากาศและการทำให้บริสุทธิ์

หลังจากที่อากาศได้รับการทำความสะอาดฝุ่นและสิ่งสกปรกทางกลด้วยตัวกรองอากาศ อากาศจะเข้าสู่เครื่องอัดอากาศ และถูกบีบอัดตามแรงดันที่ต้องการ จากนั้นจึงส่งไปยังเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศเพื่อลดอุณหภูมิของอากาศ จากนั้นจะเข้าสู่เครื่องฟอกอากาศเพื่อขจัดความชื้น คาร์บอนไดออกไซด์ อะเซทิลีน และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ในอากาศ

2. การแยกอากาศ

อากาศบริสุทธิ์จะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลักในหอแยกอากาศ และถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิอิ่มตัวด้วยก๊าซไหลย้อน (ผลิตภัณฑ์ไนโตรเจน ก๊าซเสีย) และถูกส่งไปยังด้านล่างของหอกลั่น รับไนโตรเจนที่ด้านบนของหอคอย และอากาศของเหลวจะถูกควบคุมปริมาณและส่งไป มันจะเข้าสู่เครื่องระเหยการควบแน่นเพื่อระเหย และในเวลาเดียวกัน ส่วนหนึ่งของไนโตรเจนที่ส่งจากหอเรียงกระแสจะถูกควบแน่น ไนโตรเจนเหลวควบแน่นบางส่วนถูกใช้เป็นของเหลวไหลย้อนของหอเรียงกระแส และอีกส่วนหนึ่งใช้เป็นผลิตภัณฑ์ไนโตรเจนเหลวและออกจากหอแยกอากาศ

ก๊าซไอเสียจากเครื่องระเหยแบบควบแน่นจะถูกทำให้ร้อนอีกครั้งที่ประมาณ 130K โดยตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก และเข้าสู่เครื่องขยายเพื่อขยายและทำความเย็นเพื่อให้ความสามารถในการทำความเย็นสำหรับหอแยกอากาศ ส่วนหนึ่งของก๊าซขยายตัวถูกใช้สำหรับการฟื้นฟูและการทำความเย็นของตะแกรงโมเลกุล จากนั้นจึงถูกปล่อยออกผ่านตัวเก็บเสียง บรรยากาศ.

3. การระเหยของไนโตรเจนเหลว

ไนโตรเจนเหลวจากหอแยกอากาศจะถูกเก็บไว้ในถังเก็บไนโตรเจนเหลว เมื่อตรวจสอบอุปกรณ์แยกอากาศ ไนโตรเจนเหลวในถังเก็บจะเข้าสู่เครื่องสร้างไอและถูกให้ความร้อนก่อนที่จะถูกส่งไปยังท่อไนโตรเจนของผลิตภัณฑ์

การผลิตไนโตรเจนแบบไครโอเจนิกสามารถผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ได้ ≧99.999%

ความบริสุทธิ์

การผลิตไนโตรเจนแบบไครโอเจนิกสามารถผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ได้ ≧99.999% ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนถูกจำกัดด้วยปริมาณไนโตรเจน จำนวนถาด ประสิทธิภาพของถาด และความบริสุทธิ์ของออกซิเจนในอากาศของเหลว ฯลฯ และช่วงการปรับค่ามีน้อย

ดังนั้นสำหรับชุดอุปกรณ์การผลิตไนโตรเจนแบบแช่แข็ง ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์โดยพื้นฐานแล้วมีความแน่นอนและไม่สะดวกในการปรับเปลี่ยน

อุปกรณ์หลักที่รวมอยู่ในอุปกรณ์เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแช่แข็ง

1. การกรองอากาศ

เพื่อลดการสึกหรอของพื้นผิวการเคลื่อนที่เชิงกลภายในเครื่องอัดอากาศและรับประกันคุณภาพอากาศ ก่อนที่อากาศจะเข้าสู่เครื่องอัดอากาศ จะต้องผ่านตัวกรองอากาศก่อนเพื่อกำจัดฝุ่นและสิ่งสกปรกอื่น ๆ ที่อยู่ภายใน ปริมาณอากาศของเครื่องอัดอากาศส่วนใหญ่ใช้ตัวกรองประสิทธิภาพหยาบหรือตัวกรองประสิทธิภาพปานกลาง

2. เครื่องอัดอากาศ

ตามหลักการทำงาน เครื่องอัดอากาศสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ ปริมาตรและความเร็ว เครื่องอัดอากาศส่วนใหญ่ใช้เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบแบบลูกสูบ เครื่องอัดอากาศแบบแรงเหวี่ยง และเครื่องอัดอากาศแบบสกรู

3. แอร์เย็น

ใช้เพื่อลดอุณหภูมิของอากาศอัดก่อนเข้าสู่เครื่องฟอกอากาศแห้งและหอแยกอากาศ หลีกเลี่ยงความผันผวนของอุณหภูมิที่เข้าสู่ทาวเวอร์อย่างมาก และสามารถตกตะกอนความชื้นส่วนใหญ่ในอากาศอัดได้ เครื่องทำความเย็นน้ำไนโตรเจน (ประกอบด้วยหอทำความเย็นน้ำและหอทำความเย็นอากาศ: หอทำความเย็นน้ำใช้ก๊าซเสียจากหอแยกอากาศเพื่อทำให้น้ำหมุนเวียนเย็นลง และหอทำความเย็นอากาศใช้น้ำหมุนเวียนจากหอทำความเย็นน้ำเพื่อระบายความร้อน อากาศ), เครื่องทำความเย็นแบบ Freon air

4. เครื่องเป่าลมและเครื่องฟอกอากาศ

อากาศอัดยังคงมีความชื้น คาร์บอนไดออกไซด์ อะเซทิลีน และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ อยู่จำนวนหนึ่งหลังจากผ่านเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ ความชื้นและคาร์บอนไดออกไซด์ที่แช่แข็งที่สะสมอยู่ในหอแยกอากาศจะปิดกั้นช่อง ท่อ และวาล์ว อะเซทิลีนสะสมในออกซิเจนเหลวและมีความเสี่ยงที่จะเกิดการระเบิด ฝุ่นจะทำให้เครื่องจักรที่ใช้งานสึกหรอ เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยในระยะยาวของหน่วยแยกอากาศ จะต้องติดตั้งอุปกรณ์ฟอกอากาศแบบพิเศษเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกเหล่านี้ วิธีการฟอกอากาศที่พบบ่อยที่สุดคือการดูดซับและการแช่แข็ง วิธีการดูดซับตะแกรงโมเลกุลใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องกำเนิดไนโตรเจนขนาดเล็กและขนาดกลางในประเทศจีน

ผู้ผลิตการผลิตไนโตรเจน - โรงงานผลิตไนโตรเจนในจีนและซัพพลายเออร์ (xinfatools.com)

5. หอแยกอากาศ

หอแยกอากาศส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก เครื่องทำให้เป็นของเหลว หอกลั่น เครื่องระเหยแบบควบแน่น ฯลฯ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลัก เครื่องระเหยแบบควบแน่น และเครื่องทำของเหลวเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นโค้งงอ เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแบ่งพาร์ติชันรูปแบบใหม่ที่มีโครงสร้างโลหะอลูมิเนียมทั้งหมด ความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยมีขนาดเล็กมากและประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนสูงถึง 98-99% หอกลั่นเป็นอุปกรณ์แยกอากาศ ประเภทของอุปกรณ์ทาวเวอร์แบ่งตามชิ้นส่วนภายใน หอคอยแผ่นตะแกรงที่มีแผ่นตะแกรงเรียกว่าหอคอยแผ่นตะแกรง หอคอยฟองหมวกที่มีแผ่นหมวกฟองเรียกว่าหอคอยหมวกฟอง และหอคอยที่อัดแน่นไปด้วยการบรรจุซ้อนกันเรียกว่าหอคอยแผ่นตะแกรง แผ่นตะแกรงมีโครงสร้างที่เรียบง่าย ง่ายต่อการผลิต และมีประสิทธิภาพสูงของแผ่น ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหอกลั่นการแยกส่วนอากาศ หอบรรจุส่วนใหญ่จะใช้สำหรับหอกลั่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 0.8 ม. และความสูงไม่เกิน 7 ม. ปัจจุบันหอคอยบับเบิ้ลแค็ปไม่ค่อยได้ใช้เนื่องจากมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและปัญหาในการผลิต

6. เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์

เป็นเครื่องใบมีดหมุนที่ใช้โดยเครื่องกำเนิดไนโตรเจนเพื่อสร้างพลังงานเย็น เป็นกังหันก๊าซที่ใช้ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำ เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์แบ่งออกเป็นประเภทการไหลตามแนวแกน ประเภทการไหลแนวรัศมีสู่ศูนย์กลาง และประเภทการไหลแนวรัศมีสู่ศูนย์กลาง ตามทิศทางการไหลของก๊าซในใบพัด ขึ้นอยู่กับว่าก๊าซยังคงขยายตัวในใบพัดหรือไม่ จะถูกแบ่งออกเป็นประเภทการโต้กลับและประเภทการกระแทก การขยายตัวอย่างต่อเนื่องเป็นแบบโต้กลับ ชนิดไม่ขยายตัวต่อจนกลายเป็นชนิดกระแทก เครื่องขยายกังหันส่งผลกระทบการไหลตามแนวแกนแบบขั้นตอนเดียวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์แยกอากาศ เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแยกอากาศแบบไครโอเจนิกส์มีอุปกรณ์ที่ซับซ้อน พื้นที่ขนาดใหญ่ ต้นทุนโครงสร้างพื้นฐานสูง การลงทุนในอุปกรณ์เพียงครั้งเดียวสูง ต้นทุนการดำเนินงานสูง การผลิตก๊าซช้า (12 ถึง 24 ชั่วโมง) ข้อกำหนดในการติดตั้งสูง และรอบการทำงานที่ยาวนาน เมื่อคำนึงถึงอุปกรณ์ การติดตั้ง และปัจจัยด้านโครงสร้างพื้นฐาน ขนาดการลงทุนของอุปกรณ์ PSA ที่มีข้อกำหนดเดียวกันสำหรับอุปกรณ์ที่ต่ำกว่า 3500Nm3/ชม. จะต่ำกว่าอุปกรณ์แยกอากาศแบบไครโอเจนิก 20% ถึง 50% อุปกรณ์เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแช่แข็งเหมาะสำหรับการผลิตไนโตรเจนในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ แต่การผลิตไนโตรเจนขนาดกลางและขนาดเล็กนั้นไม่ประหยัด