La produzione di azoto con separazione criogenica dell'aria è un metodo tradizionale di produzione di azoto con una storia di diversi decenni. Utilizza l'aria come materia prima, la comprime e la purifica, quindi utilizza lo scambio di calore per liquefare l'aria in aria liquida. L'aria liquida è principalmente una miscela di ossigeno liquido e azoto liquido. Utilizzando i diversi punti di ebollizione dell'ossigeno liquido e dell'azoto liquido, l'azoto si ottiene separandoli attraverso la distillazione dell'aria liquida.
Flusso di processo tipico
L'intero processo consiste nella compressione e purificazione dell'aria, nella separazione dell'aria e nella vaporizzazione dell'azoto liquido.
1. Compressione e purificazione dell'aria
Dopo che l'aria è stata ripulita dalla polvere e dalle impurità meccaniche dal filtro dell'aria, entra nel compressore d'aria, viene compressa alla pressione richiesta e quindi inviata al raffreddatore d'aria per ridurre la temperatura dell'aria. Quindi entra nel purificatore di essiccazione dell'aria per rimuovere l'umidità, l'anidride carbonica, l'acetilene e altri idrocarburi presenti nell'aria.
2. Separazione dell'aria
L'aria purificata entra nello scambiatore di calore principale nella torre di separazione dell'aria, viene raffreddata alla temperatura di saturazione dal gas di riflusso (azoto prodotto, gas di scarico) e viene inviata al fondo della torre di distillazione. L'azoto si ottiene alla sommità della torre, l'aria liquida viene strozzata e inviata entra nell'evaporatore di condensazione per evaporare e, contemporaneamente, parte dell'azoto inviato dalla torre di rettifica viene condensato. Una parte dell'azoto liquido condensato viene utilizzata come liquido di riflusso della torre di rettifica e l'altra parte viene utilizzata come prodotto di azoto liquido e lascia la torre di separazione dell'aria.
Il gas di scarico dell'evaporatore di condensa viene riscaldato a circa 130 K dallo scambiatore di calore principale ed entra nell'espansore per l'espansione e la refrigerazione per fornire capacità di raffreddamento alla torre di separazione dell'aria. Parte del gas espanso viene utilizzato per la rigenerazione ed il raffreddamento del setaccio molecolare, per poi essere scaricato attraverso il silenziatore. atmosfera.
3. Vaporizzazione dell'azoto liquido
L'azoto liquido proveniente dalla torre di separazione dell'aria viene immagazzinato nel serbatoio di stoccaggio dell'azoto liquido. Quando l'apparecchiatura di separazione dell'aria viene ispezionata, l'azoto liquido nel serbatoio di stoccaggio entra nel vaporizzatore e viene riscaldato prima di essere inviato alla tubazione dell'azoto prodotto.
La produzione di azoto criogenico può produrre azoto con una purezza di ≧99,999%.
purezza
La produzione di azoto criogenico può produrre azoto con una purezza di ≧99,999%. La purezza dell'azoto è limitata dal carico di azoto, dal numero di vassoi, dall'efficienza dei vassoi e dalla purezza dell'ossigeno nell'aria liquida, ecc., e l'intervallo di regolazione è ridotto.
Pertanto, per una serie di apparecchiature per la produzione di azoto criogenico, la purezza del prodotto è sostanzialmente certa ed è scomodo da regolare.
Attrezzatura principale inclusa nel dispositivo generatore di azoto criogenico
1. Filtrazione dell'aria
Per ridurre l'usura della superficie meccanica mobile all'interno del compressore d'aria e garantire la qualità dell'aria, prima che l'aria entri nel compressore d'aria, deve prima passare attraverso il filtro dell'aria per rimuovere la polvere e altre impurità in esso contenute. L'aspirazione dell'aria dei compressori d'aria utilizza principalmente filtri a efficienza grossolana o filtri a efficienza media.
2. Compressore d'aria
Secondo il principio di funzionamento, i compressori d'aria possono essere suddivisi in due categorie: volumetrici e veloci. I compressori d'aria utilizzano principalmente compressori d'aria a pistoni alternativi, compressori d'aria centrifughi e compressori d'aria a vite.
3. Raffreddatore d'aria
Viene utilizzato per ridurre la temperatura dell'aria compressa prima di entrare nel purificatore di essiccazione dell'aria e nella torre di separazione dell'aria, evitare grandi fluttuazioni nella temperatura in ingresso nella torre e può far precipitare la maggior parte dell'umidità nell'aria compressa. Raffreddatori d'acqua ad azoto (composti da torri di raffreddamento ad acqua e torri di raffreddamento ad aria: la torre di raffreddamento ad acqua utilizza il gas di scarico della torre di separazione dell'aria per raffreddare l'acqua circolante, e la torre di raffreddamento ad aria utilizza l'acqua circolante dalla torre di raffreddamento ad acqua per raffreddare l'acqua aria), refrigeratore d'aria Freon.
4. Asciugatore e purificatore d'aria
L'aria compressa contiene ancora una certa quantità di umidità, anidride carbonica, acetilene e altri idrocarburi dopo essere passata attraverso il raffreddatore d'aria. L'umidità congelata e l'anidride carbonica depositati nella torre di separazione dell'aria bloccheranno i canali, i tubi e le valvole. L'acetilene si accumula nell'ossigeno liquido e sussiste il rischio di esplosione. La polvere consumerà le macchine operatrici. Per garantire il funzionamento sicuro a lungo termine dell'unità di separazione dell'aria, è necessario installare speciali apparecchiature di purificazione per rimuovere queste impurità. I metodi più comuni di purificazione dell'aria sono l'adsorbimento e il congelamento. Il metodo di adsorbimento con setaccio molecolare è ampiamente utilizzato nei generatori di azoto di piccole e medie dimensioni in Cina.
5. Torre di separazione dell'aria
La torre di separazione dell'aria comprende principalmente lo scambiatore di calore principale, il liquefattore, la torre di distillazione, l'evaporatore di condensa, ecc. Lo scambiatore di calore principale, l'evaporatore di condensazione e il liquefattore sono scambiatori di calore a piastre deformate. Si tratta di una nuova tipologia di scambiatore di calore combinato a partizione con struttura metallica interamente in alluminio. La differenza di temperatura media è molto piccola e l'efficienza dello scambio termico arriva fino al 98-99%. La torre di distillazione è un'apparecchiatura per la separazione dell'aria. Le tipologie delle apparecchiature della torre sono suddivise in base alle parti interne. Una torre a piastre crivellanti con una piastra crivellante è chiamata torre a piastre crivellanti, una torre a bolle con una piastra a bolle è chiamata torre a bolle e una torre imballata con imballaggi impilati è chiamata torre a piastre crivellanti. La piastra del setaccio ha una struttura semplice, è facile da produrre e ha un'elevata efficienza della piastra, quindi è ampiamente utilizzata nelle torri di distillazione per il frazionamento dell'aria. Le torri a riempimento vengono utilizzate principalmente per torri di distillazione con un diametro inferiore a 0,8 me un'altezza non superiore a 7 m. Le torri a cupola sono ora utilizzate raramente a causa della loro struttura complessa e delle difficoltà di produzione.
6. Turboespansore
Si tratta di una macchina a pale rotanti utilizzata dai generatori di azoto per generare energia fredda. È una turbina a gas utilizzata in condizioni di bassa temperatura. I turboespansori si dividono in a flusso assiale, a flusso centripeto radiale e a flusso centripeto radiale in base alla direzione del flusso del gas nella girante; a seconda che il gas continui ad espandersi nella girante, si divide in tipo di contrattacco e tipo di impatto. L'espansione continua è di tipo contrattacco. tipo, non continua ad espandersi e diventa di tipo impatto. Gli espansori per turbine a impatto a flusso assiale radiale monostadio sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature di separazione dell'aria. Il generatore di azoto criogenico per la separazione dell'aria ha apparecchiature complesse, una vasta area, elevati costi infrastrutturali, elevati investimenti una tantum in apparecchiature, elevati costi operativi, produzione di gas lenta (da 12 a 24 ore), elevati requisiti di installazione e un ciclo lungo. Tenendo conto dei fattori relativi ad apparecchiature, installazione e infrastruttura, la scala di investimento delle apparecchiature PSA con le stesse specifiche per apparecchiature inferiori a 3500 Nm3/h è inferiore dal 20% al 50% rispetto a quella delle apparecchiature criogeniche per la separazione dell'aria. Il dispositivo generatore di azoto criogenico è adatto per la produzione di azoto industriale su larga scala, ma la produzione di azoto su media e piccola scala è antieconomica.
Orario di pubblicazione: 27 febbraio 2024
