Zientziaren eta teknologiaren aurrerapenarekin eta ekonomiaren garapenarekin, nitrogenoaren aplikazio-esparrua egunez egun zabaltzen ari da, eta industria-sektore askotan eta eguneroko bizitzan sartu da.
Nitrogenoa da airearen osagai nagusia, airearen % 78 inguru. N2 nitrogeno elementala kolorerik eta usainik gabeko gasa da baldintza normaletan. Egoera estandarrean gasaren dentsitatea 1,25 g/L da. Urtze-puntua -210 ℃ da eta irakite-puntua -196 ℃. Nitrogeno likidoa tenperatura baxuko hozgarria da (-196 ℃).
Gaurkoan nitrogenoa ekoizteko hainbat metodo nagusi aurkeztuko ditugu etxean eta atzerrian.
Industria-eskalako nitrogenoa ekoizteko hiru metodo orokor daude: aire kriogenikoa bereizteko nitrogenoaren ekoizpena, presio-swing adsortzio nitrogenoaren ekoizpena eta mintz bereizteko nitrogenoaren ekoizpena.
Lehenengoa: airearen bereizketa kriogenikoa nitrogenoa ekoizteko metodoa
Airearen bereizketa kriogenikoa nitrogenoaren ekoizpena nitrogenoa ekoizteko metodo tradizionala da, ia hainbat hamarkadatako historia duena. Airea lehengai gisa erabiltzen du, konprimitu eta arazteko, eta gero bero-trukea erabiltzen du airea aire likido bihurtzeko. Aire likidoa batez ere oxigeno likidoaren eta nitrogeno likidoaren nahasketa da. Oxigeno likidoaren eta nitrogeno likidoaren irakite-puntu desberdinak aire likidoaren destilazio bidez bereizteko erabiltzen dira nitrogenoa lortzeko.
Abantailak: gas ekoizpen handia eta produktuaren nitrogenoaren purutasun handia. Nitrogeno kriogenikoaren ekoizpenak nitrogenoa ez ezik, nitrogeno likidoa ere sor dezake, nitrogeno likidoaren prozesuaren baldintzak betetzen dituena eta nitrogeno likidoa biltegiratzeko deposituetan gorde daiteke. Nitrogeno karga tarteka edo airea bereizteko ekipoen konponketa txiki bat dagoenean, biltegiratze deposituko nitrogeno likidoa lurrungailura sartzen da eta berotzen da, eta, ondoren, produktuaren nitrogeno kanalizaziora bidaltzen da prozesu-unitatearen nitrogeno-eskariari erantzuteko. Nitrogeno kriogenikoaren ekoizpenaren funtzionamendu-zikloa (bi beroketa handien arteko tarteari erreferentzia eginez) normalean urtebete baino gehiagokoa da, beraz, nitrogeno kriogenikoaren ekoizpena, oro har, ez da erreserba moduan hartzen.
Desabantailak: Nitrogeno kriogenikoaren ekoizpenak ≧99,999%-ko purutasuna duen nitrogenoa ekoitzi dezake, baina nitrogenoaren purutasuna nitrogeno-kargak, erretiluen kopuruak, erretiluen eraginkortasuna eta oxigenoaren garbitasuna aire likidoan mugatuta dago, eta doikuntza-tartea oso txikia da. Hori dela eta, nitrogeno kriogenikoa ekoizteko ekipamendu multzo baterako, produktuaren purutasuna, funtsean, ziurra eta doitzeko deserosoa da. Metodo kriogenikoa oso tenperatura baxuetan egiten denez, ekipoak funtzionamendu arruntean jarri aurretik hozte aurretiko abiarazte prozesua izan behar du. Abiatzeko denbora, hau da, hedatzailea abiarazten denetik nitrogenoaren garbitasuna eskakizunera iristen den arte, oro har, ez da 12 ordu baino gutxiagokoa; ekipoak berrikuspenean sartu aurretik, berotzeko eta desizozteko denbora izan behar du, oro har 24 ordukoa. Hori dela eta, nitrogeno kriogenikoa ekoizteko ekipoak ez dira maiz martxan jarri eta gelditu behar, eta etengabe funtzionatzea komeni da denbora luzez.
Gainera, prozesu kriogenikoa konplexua da, eremu handia hartzen du, azpiegitura kostu handiak ditu, mantentze-indar bereziak behar ditu, operadore ugari ditu eta gasa poliki ekoizten du (18 eta 24 ordu). Eskala handiko industria nitrogeno ekoizpenerako egokia da.
Bigarrena: Presio Swing Adsorption (PSA) Nitrogenoa Produkzio Metodoa
Pressure Swing Adsorption (PSA) gasak bereizteko teknologia kriogenikoak ez diren gasak bereizteko teknologiaren adar garrantzitsu bat da. Jendeak epe luzerako egindako ahaleginen emaitza da, metodo kriogenikoa baino airea bereizteko metodo sinpleagoa aurkitzeko.
1970eko hamarkadan, Mendebaldeko Alemaniako Essen Meatze Konpainiak karbono-bahe molekularrak arrakastaz garatu zituen, PSA airea bereizteko nitrogeno ekoizpena industrializatzeko bidea zabalduz. Azken 30 urteotan, teknologia hau azkar garatu eta heldu egin da. Airearen bereizketa kriogenikoaren lehiakide sendoa bihurtu da nitrogeno ekoizpen txiki eta ertainen arloan.
Presioa adsorbatzeko nitrogenoaren ekoizpenak airea erabiltzen du lehengai gisa eta karbono bahe molekularra xurgatzaile gisa. Karbono bahe molekularra airean oxigenoaren eta nitrogenoaren adsortzio selektiboaren ezaugarriak erabiltzen ditu, eta presio-swing adsortzioaren printzipioa erabiltzen du (presioaren adsortzioa, presioa murrizteko desortzioa eta bahe molekularraren birsorkuntza) oxigenoa eta nitrogenoa bereizteko giro-tenperaturan nitrogenoa ekoizteko.
Airearen bereizketa kriogenikoaren nitrogenoaren produkzioarekin alderatuta, presio-swing adsortzio nitrogenoaren ekoizpenak abantaila nabarmenak ditu: adsortzio-bereizpena giro-tenperaturan egiten da, prozesua erraza da, ekipamendua trinkoa da, aztarna txikia da, erraza da abiarazi eta gelditzeko. azkar hasten da, gasaren ekoizpena azkarra da (oro har 30 minutu inguru), energia-kontsumoa txikia da, funtzionamendu-kostua txikia da, automatizazio-maila handia da, funtzionamendua eta mantentze-lanak erosoak dira, skid instalazioa erosoa da, oinarri berezirik ez beharrezkoa da, produktuaren nitrogenoaren garbitasuna tarte jakin batean doi daiteke eta nitrogenoaren ekoizpena ≤3000Nm3/h da. Hori dela eta, presio-swing adsortzio nitrogeno ekoizpena bereziki egokia da tarteka funtzionatzeko.
Hala ere, orain arte, etxeko eta atzerriko kideek % 99,9ko purutasunarekin (hau da, O2 ≤ 0,1) nitrogenoa soilik ekoitzi dezakete PSA nitrogenoa ekoizteko teknologia erabiliz. Enpresa batzuek % 99,99ko nitrogeno purua ekoitzi dezakete (O2≤% 0,01). Garbitasun handiagoa posible da PSA nitrogenoa ekoizteko teknologiaren ikuspegitik, baina ekoizpen kostua altuegia da eta erabiltzaileek nekez onartuko dute. Hori dela eta, purutasun handiko nitrogenoa ekoizteko PSA nitrogenoa ekoizteko teknologia erabiltzeak etapa osteko arazteko gailu bat ere gehitu behar du.
Nitrogenoa arazteko metodoa (eskala industriala)
(1) Hidrogenazioa desoxigenatzeko metodoa.
Katalizatzaile baten eraginez, nitrogenoan dagoen hondar-oxigenoak gehitutako hidrogenoarekin erreakzionatzen du ura sortzeko, eta erreakzio-formula hau da: 2H2 + O2 = 2H2O. Ondoren, ura kentzen da presio handiko nitrogeno konpresorearen booster baten bidez, eta osagai nagusi hauek dituen purutasun handiko nitrogenoa lortzen da ondorengo lehorketaren bidez: N2≥99,999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10,7×10-6. Nitrogenoaren ekoizpenaren kostua 0,5 yuan/m3 ingurukoa da.
(2) Hidrogenazio eta desoxigenazio metodoa.
Metodo hau hiru fasetan banatzen da: lehenengo etapa hidrogenazioa eta desoxigenazioa da, bigarren etapa deshidrogenazioa eta hirugarren etapa ura kentzea. Konposizio hau duen purutasun handiko nitrogenoa lortzen da: N2 ≥ % 99,999, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Nitrogenoaren ekoizpenaren kostua 0,6 yuan/m3 ingurukoa da.
(3) Karbonoa desoxigenatzeko metodoa.
Karbonoz euskarritutako katalizatzailearen eraginez (tenperatura jakin batean), nitrogeno arruntaren hondar-oxigenoak katalizatzaileak berak emandako karbonoarekin erreakzionatzen du CO2 sortzeko. Erreakzio formula: C + O2 = CO2. CO2 eta H2O kentzeko ondorengo fasearen ondoren, konposizio hau duen purutasun handiko nitrogenoa lortzen da: N2 ≥ % 99,999, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10,7 × 10-6. Nitrogenoaren ekoizpenaren kostua 0,6 yuan/m3 ingurukoa da.
Hirugarrena: Mintzaren bereizketa eta airearen bereizketa nitrogenoaren ekoizpena
Mintzaren bereizketa eta airearen bereizketa nitrogenoaren ekoizpena ere nitrogeno kriogenikoa ez den teknologiaren adar berri bat da. 1980ko hamarkadan atzerrian azkar garatu zen nitrogenoa ekoizteko metodo berria da. Azken urteotan Txinan sustatu eta aplikatu da.
Mintza bereizteko nitrogeno ekoizpenak airea erabiltzen du lehengai gisa. Presio jakin baten pean, oxigenoaren eta nitrogenoaren iragazketa-tasa desberdinak erabiltzen ditu zuntz hutsen mintzean oxigenoa eta nitrogenoa bereizteko nitrogenoa sortzeko. Goiko bi nitrogeno ekoizteko metodoekin alderatuta, ekipamenduen egitura sinpleagoa, bolumen txikiagoa, kommutazio-balbularik gabe, funtzionamendu eta mantentze errazagoa, gas-ekoizpen azkarragoa (3 minutuko epean) eta ahalmen hedapen erosoagoa ditu.
Hala ere, zuntz hutsezko mintzek baldintza zorrotzagoak dituzte aire konprimituaren garbitasunari dagokionez. Mintzak zahartzeko eta porrot egiteko joera dute, eta zaila da konpontzen. Mintz berriak ordezkatu behar dira.
Mintza bereizteko nitrogenoaren ekoizpena egokiagoa da ≤98% nitrogeno purutasun baldintzak dituzten erabiltzaile txiki eta ertainentzat, eta funtzio-prezio erlaziorik onena du une honetan; Nitrogenoaren garbitasuna % 98 baino handiagoa izan behar denean, zehaztapen bereko presio-swing adsortzio nitrogenoaren ekoizpen gailua baino % 30 inguru handiagoa da. Hori dela eta, purutasun handiko nitrogenoa mintzen bereizteko nitrogenoaren ekoizpena eta nitrogenoa arazteko gailuak konbinatuz ekoizten denean, nitrogeno orokorraren purutasuna % 98koa da orokorrean, eta horrek arazketa gailuaren ekoizpen kostua eta funtzionamendu kostua handituko ditu.
Argitalpenaren ordua: 2024-07-24
