La producción criogénica de nitrógeno con separación de aire es un método tradicional de producción de nitrógeno con una historia de varias décadas. Utiliza aire como materia prima, lo comprime y purifica y luego utiliza el intercambio de calor para licuar el aire y convertirlo en aire líquido. El aire líquido es principalmente una mezcla de oxígeno líquido y nitrógeno líquido. Utilizando los diferentes puntos de ebullición del oxígeno líquido y del nitrógeno líquido, se obtiene nitrógeno separándolos mediante la destilación del aire líquido.
Flujo de proceso típico
Todo el proceso consta de compresión y purificación de aire, separación de aire y vaporización de nitrógeno líquido.
1. Compresión y purificación del aire.
Después de que el filtro de aire limpia el aire de polvo e impurezas mecánicas, ingresa al compresor de aire, se comprime a la presión requerida y luego se envía al enfriador de aire para reducir la temperatura del aire. Luego ingresa al purificador de secado de aire para eliminar la humedad, el dióxido de carbono, el acetileno y otros hidrocarburos del aire.
2. Separación del aire
El aire purificado ingresa al intercambiador de calor principal en la torre de separación de aire, se enfría hasta la temperatura de saturación mediante el gas de reflujo (nitrógeno producto, gas residual) y se envía al fondo de la torre de destilación. El nitrógeno se obtiene en la parte superior de la torre, y el aire líquido se estrangula y se envía. Ingresa al evaporador de condensación para evaporarse y, al mismo tiempo, se condensa parte del nitrógeno enviado desde la torre de rectificación. Parte del nitrógeno líquido condensado se utiliza como líquido de reflujo de la torre de rectificación y la otra parte se utiliza como producto de nitrógeno líquido y sale de la torre de separación de aire.
El gas de escape del evaporador de condensación se recalienta a aproximadamente 130 K mediante el intercambiador de calor principal y entra al expansor para su expansión y refrigeración para proporcionar capacidad de enfriamiento para la torre de separación de aire. Parte del gas expandido se utiliza para la regeneración y enfriamiento del tamiz molecular y luego se descarga a través del silenciador. atmósfera.
3. Vaporización de nitrógeno líquido
El nitrógeno líquido de la torre de separación de aire se almacena en el tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido. Cuando se inspecciona el equipo de separación de aire, el nitrógeno líquido en el tanque de almacenamiento ingresa al vaporizador y se calienta antes de enviarlo a la tubería de nitrógeno producto.
La producción criogénica de nitrógeno puede producir nitrógeno con una pureza de ≥99,999%.
pureza
La producción criogénica de nitrógeno puede producir nitrógeno con una pureza de ≥99,999%. La pureza del nitrógeno está limitada por la carga de nitrógeno, el número de bandejas, la eficiencia de las bandejas y la pureza del oxígeno en el aire líquido, etc., y el rango de ajuste es pequeño.
Por lo tanto, para un conjunto de equipos de producción de nitrógeno criogénico, la pureza del producto es básicamente cierta y resulta inconveniente ajustarla.
Equipo principal incluido en el dispositivo generador de nitrógeno criogénico.
1. Filtración de aire
Para reducir el desgaste de la superficie móvil mecánica dentro del compresor de aire y garantizar la calidad del aire, antes de que el aire ingrese al compresor de aire, primero debe pasar a través del filtro de aire para eliminar el polvo y otras impurezas que contiene. La entrada de aire de los compresores de aire utiliza principalmente filtros de eficiencia gruesa o filtros de eficiencia media.
2. Compresor de aire
Según el principio de funcionamiento, los compresores de aire se pueden dividir en dos categorías: volumétricos y de velocidad. Los compresores de aire utilizan principalmente compresores de aire de pistón alternativo, compresores de aire centrífugos y compresores de aire de tornillo.
3. Enfriador de aire
Se utiliza para reducir la temperatura del aire comprimido antes de ingresar al purificador de secado de aire y a la torre de separación de aire, evitar grandes fluctuaciones en la temperatura que ingresa a la torre y puede precipitar la mayor parte de la humedad en el aire comprimido. Enfriadores de agua con nitrógeno (compuestos por torres de enfriamiento de agua y torres de enfriamiento de aire: la torre de enfriamiento de agua usa el gas residual de la torre de separación de aire para enfriar el agua en circulación, y la torre de enfriamiento de aire usa el agua en circulación de la torre de enfriamiento de agua para enfriar el aire), enfriador de aire de freón.
4. Secador y purificador de aire
El aire comprimido todavía contiene una cierta cantidad de humedad, dióxido de carbono, acetileno y otros hidrocarburos después de pasar por el enfriador de aire. La humedad congelada y el dióxido de carbono depositados en la torre de separación de aire bloquearán los canales, tuberías y válvulas. El acetileno se acumula en el oxígeno líquido y existe riesgo de explosión. El polvo desgastará la maquinaria operativa. Para garantizar el funcionamiento seguro a largo plazo de la unidad de separación de aire, se deben instalar equipos de purificación especiales para eliminar estas impurezas. Los métodos más comunes de purificación del aire son la adsorción y la congelación. El método de adsorción por tamiz molecular se utiliza ampliamente en generadores de nitrógeno pequeños y medianos en China.
5. Torre de separación de aire
La torre de separación de aire incluye principalmente el intercambiador de calor principal, el licuador, la torre de destilación, el evaporador de condensación, etc. El intercambiador de calor principal, el evaporador de condensación y el licuador son intercambiadores de calor de placas deformadas. Es un nuevo tipo de intercambiador de calor de partición combinado con una estructura metálica totalmente de aluminio. La diferencia de temperatura promedio es muy pequeña y la eficiencia del intercambio de calor llega al 98-99%. La torre de destilación es un equipo de separación de aire. Los tipos de equipos de torre se dividen según las partes internas. Una torre de placa de tamiz con una placa de tamiz se llama torre de placa de tamiz, una torre de casquete de burbuja con una placa de casquete de burbuja se llama torre de casquete de burbuja y una torre empacada con empaques apilados se llama torre de placa de tamiz. La placa de tamiz tiene una estructura simple, es fácil de fabricar y tiene una alta eficiencia de placa, por lo que se usa ampliamente en torres de destilación de fraccionamiento de aire. Las torres empacadas se utilizan principalmente para torres de destilación con un diámetro inferior a 0,8 my una altura no superior a 7 m. Las torres de capa de burbuja ahora rara vez se utilizan debido a su compleja estructura y dificultades de fabricación.
6. Turboexpansor
Es una máquina de palas giratorias utilizada por generadores de nitrógeno para generar energía fría. Es una turbina de gas utilizada en condiciones de baja temperatura. Los turboexpansores se dividen en tipo de flujo axial, tipo de flujo radial centrípeto y tipo de flujo radial centrípeto según la dirección del flujo del gas en el impulsor; Según si el gas continúa expandiéndose en el impulsor, se divide en tipo de contraataque y tipo de impacto. La expansión continua es del tipo contraataque. tipo, no continúa expandiéndose y se convierte en tipo impacto. Los expansores de turbina de impacto de flujo axial radial de una sola etapa se utilizan ampliamente en equipos de separación de aire. El generador criogénico de nitrógeno para separación de aire tiene equipos complejos, un área grande, altos costos de infraestructura, alta inversión única en equipos, altos costos operativos, producción lenta de gas (12 a 24 horas), altos requisitos de instalación y un ciclo largo. Teniendo en cuenta los factores de equipamiento, instalación e infraestructura, la escala de inversión de los equipos PSA con las mismas especificaciones para equipos por debajo de 3500 Nm3/h es entre un 20% y un 50% menor que la de los equipos criogénicos de separación de aire. El dispositivo generador de nitrógeno criogénico es adecuado para la producción industrial de nitrógeno a gran escala, pero la producción de nitrógeno a mediana y pequeña escala no es económica.
Hora de publicación: 27 de febrero de 2024
