Генератор азота

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

Адсорбционная технология

Концепция адсорбции

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

Технология адсорбции при переменном давлении

Технология получения азота воздухом с использованием процессов адсорбции в генераторах азота хорошо изучена и широко применяется на промышленных предприятиях для восстановления азота высокой чистоты. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Принцип работы генератора азота по адсорбционной технологии основан на зависимости скорости адсорбции различных компонентов газовой смеси от факторов давления и температуры. Среди азотно-адсорбционных установок различного типа адсорбции с переменным давлением наиболее широкое применение во всем мире нашли установки (КПА).

Конструкция системы основана на регулировании адсорбции газа и регенерации адсорбента путем изменения давления в двух емкостях адсорбент-адсорбент. Этот процесс требует постоянной температуры, близкой к температуре окружающей среды. При 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 молекулы кислорода, H ₂ O и CO ₂ диффундируют в пористую структуру адсорбента, в то время как молекулы азота могут проходить через сосуд, содержащий адсорбент. На этапе регенерации адсорбированные компоненты выделяются из адсорбента, выбрасываемого в атмосферу. Затем процесс многократно повторяется. ^{[ 4 ]}

Преимущества

Высокая чистота азота: Азотные генераторные установки КЦА позволяют получать из воздуха азот высокой чистоты, который не могут обеспечить мембранные системы – до 99,9995% азота. Но в большинстве случаев они не производят более 98,8% азота, а остальное составляет аргон, который не отделяется от азота обычным процессом PSA. Аргон обычно не представляет проблемы, поскольку аргон более инертен, чем азот. Такую чистоту азота могут обеспечить и криогенные системы, но они существенно более сложны и оправданы лишь большими объемами потребления. Генераторы азота используют технологию CMS (углеродное молекулярное сито ) 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 значительно превышает 50%. ^{[ нужна ссылка ]} Себестоимость азота, производимого азотными генераторами, значительно меньше стоимости баллонного или сжиженного азота. ^{[ 5 ]}

Воздействие на окружающую среду: Производство газообразного азота с помощью PSA — это устойчивый, экологически чистый и энергоэффективный подход к обеспечению 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, полученный азот потребляет меньше энергии и создает гораздо меньше парниковых газов. ^{[ 6 ]}

Мембранная технология

Концепция разделения газов

Работа мембранных систем основана на принципе дифференциальной скорости, с которой различные компоненты газовой смеси проникают в вещество мембраны. Движущей силой процесса разделения газов является разница парциальных давлений на разных сторонах мембраны. ^{[ 7 ]}

Мембранный картридж

Конструктивно половолоконная мембрана представляет собой цилиндрический картридж, выполняющий функцию катушки со специально намотанными полимерными волокнами. Поток газа подается под давлением в пучок мембранных волокон. За счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхности мембраны происходит разделение газовых потоков.

Преимущества

Экономические выгоды: При замене криогенных или адсорбционных систем экономия производства азота обычно превышает 50%. ^{[ 8 ]} Себестоимость азота, производимого азотными комплексами, значительно меньше стоимости баллонного или сжиженного азота. ^{[ 5 ]}

Конструкция модуля: Учитывая простоту системы, генератор азота можно разделить на модули. Это резко контрастирует с классическими системами, где оборудование рассчитано на определенную стадию процесса разделения. Используя модульную систему, генерирующая установка может быть построена из набора уже существующего оборудования и, при необходимости, выходная мощность станции может быть увеличена с минимальными затратами. Этот вариант представляется тем более полезным, когда проект предусматривает последующее увеличение мощности 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 жирам, нечувствительны к влаге, способны работать в широком диапазоне температур от –40°С до +60°С. ^{[ нужна ссылка ]} При соответствующем обслуживании срок службы мембранного агрегата составляет от 130 000 до 180 000 часов (от 15 до 20 лет непрерывной работы). ^{[ нужна ссылка ]}

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 скоростях потока ≤ 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, вплоть до полного разложения продуктов. Это вызвано химическими реакциями с кислородом, 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 устранить или остановить химическую деградацию пищевых продуктов, вызванную окислением.

Аналитическая химия . Генераторы азота необходимы для различных видов аналитической химии, таких как жидкостная хроматография-масс-спектрометрия и газовая хроматография , где необходима стабильная и непрерывная подача азота.

для самолетов и автомобилей Шины : хотя воздух на 78% состоит из азота, большинство авиационных шин заполнены чистым азотом. Есть много шинных и автомобильных магазинов, где есть генераторы азота для наполнения шин. Преимущество использования азота заключается в том, что резервуар остается сухим. Часто в резервуаре со сжатым воздухом содержится вода, образующаяся в результате конденсации атмосферных водяных паров в резервуаре после выхода из воздушного компрессора. Азот поддерживает более стабильное давление при нагревании и охлаждении в результате сухости и не так легко проникает в шину, поскольку его молекула немного больше (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, направленное на обеспечение общей промышленной безопасности при очистке и защите технологических емкостей. Кроме того, азот используется для опрессовки трубопроводов, транспортировки химических реагентов, регенерации отработанных катализаторов в технологических процессах.

В авиационных шинах используется заполнение азотом, чтобы задержать разрыв шины в случае отказа при взлете, что дает время для эвакуации до того, как нагрев тормозной системы вызовет внутреннее возгорание шины. Плавкие заглушки в шине являются основной защитой от скачков давления, вызванных перегревом. Внутренние возгорания шин могут возникнуть при первой остановке из-за локальных горячих участков колес.

Электроника: В электронике азот служит для вытеснения кислорода при производстве полупроводников и электрических схем , термической обработке готовых изделий, а также при продувке и очистке. Чаще всего в электронике используется процесс пайки . В частности, оборудование для селективной, пайки оплавлением и волновой пайки.

Противопожарная защита. В противопожарной отрасли газообразный азот используется для двух различных целей: тушения пожара и предотвращения коррозии . Генераторы азота используются в системах пожаротушения с гипоксическим воздухом 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 контролируемого газообразного азота вместо воздуха для сухотрубных и спринклерных систем предварительного пожаротушения . ^{[ 9 ]}

Стекольная промышленность: при производстве стекла азот эффективен в качестве охлаждающего агента для электродов электродуговых печей, 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, твердая пайка, снятие напряжений, цианидная закалка, спекание металлического порошка и охлаждение экструзионной головки.

Лакокрасочная промышленность: В лакокрасочном производстве используется азот для создания инертной среды в технологических емкостях для обеспечения безопасности, а также для вытеснения кислорода при упаковке с целью предотвращения полимеризации олиф.

Нефтяная промышленность. В нефтяной промышленности азот является незаменимым компонентом ряда процессов. Чаще всего азот используется для создания инертной среды для предотвращения взрывов и пожарной безопасности , а также для обеспечения транспортировки и перекачки углеводородов. Кроме того, азот используется для испытаний и продувки трубопроводов, очистки технологических емкостей, очистки перевозчиков сжиженных газов и хранилищ углеводородов.

Фармацевтическая промышленность : В фармацевтической промышленности азот находит применение в упаковке фармацевтических препаратов, а также в обеспечении взрыво- и пожаробезопасности в отраслях, где используются мелкодисперсные вещества.

См. также

Ссылки

^ «Глоссарий» . Центр поддержки технологий восстановления заброшенных территорий и земель. Архивировано из оригинала 18 февраля 2008 г. Проверено 21 декабря 2009 г.
^ «Как похоронить проблему» . Королевское химическое общество . Проверено 9 января 2012 г.
^ «Развитие адсорбции при переменном давлении» . Дорожная карта человеческих исследований . НАСА . Проверено 9 января 2012 г.
^ «Как работают генераторы азота с адсорбцией при переменном давлении?» . Пик Научный . Проверено 9 января 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б «МЕМО 3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЗОТНЫХ ПРОЦЕССОВ: PSA И МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ» (PDF) . ОТДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ТЕХНИКИ УНИВЕРСИТЕТА КАРНЕГИ-МЕЛЛОНА . Проверено 9 января 2012 г.
^ «Устойчивый подход к поставкам азота» . Паркер Ханнифин, Отдел фильтрации и сепарации . Проверено 5 марта 2015 г.
^ Вит, WR (1991). Диффузия внутри и сквозь полимеры . Мюнхен: Хансер Верлаг.
^ «Выделение азота из воздуха адсорбцией при переменном давлении» . Исследования в области науки о поверхности и катализа .
^ «Решения по борьбе с коррозией сухих труб спринклеров» . Архивировано из оригинала 13 августа 2019 г. Проверено 24 февраля 2017 г.

[1] «Глоссарий» . Центр поддержки технологий восстановления заброшенных территорий и земель. Архивировано из оригинала 18 февраля 2008 г. Проверено 21 декабря 2009 г.

[2] «Как похоронить проблему» . Королевское химическое общество . Проверено 9 января 2012 г.

[3] «Развитие адсорбции при переменном давлении» . Дорожная карта человеческих исследований . НАСА . Проверено 9 января 2012 г.

[4] «Как работают генераторы азота с адсорбцией при переменном давлении?» . Пик Научный . Проверено 9 января 2012 г.

[mellon-5] Jump up to: ^а ^б «МЕМО 3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЗОТНЫХ ПРОЦЕССОВ: PSA И МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ» (PDF) . ОТДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ТЕХНИКИ УНИВЕРСИТЕТА КАРНЕГИ-МЕЛЛОНА . Проверено 9 января 2012 г.

[parker-6] «Устойчивый подход к поставкам азота» . Паркер Ханнифин, Отдел фильтрации и сепарации . Проверено 5 марта 2015 г.

[7] Вит, WR (1991). Диффузия внутри и сквозь полимеры . Мюнхен: Хансер Верлаг.

[8] «Выделение азота из воздуха адсорбцией при переменном давлении» . Исследования в области науки о поверхности и катализа .

[9] «Решения по борьбе с коррозией сухих труб спринклеров» . Архивировано из оригинала 13 августа 2019 г. Проверено 24 февраля 2017 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]