5000CFH 99.999% مع مولد نيتروجين 5 بار يستخدم لصناعة الحديد والصلب مع شهادات ASME وISO
يعتبر إنتاج النيتروجين الذي يتم باستخدام تقنية الامتزاز المتأرجح بالضغط (PSA) فوق المنخل الجزيئي للكربون (CMS) طريقة ناضجة وفعالة من حيث التكلفة وعالية الكفاءة لإنتاج النيتروجين لتلبية مجموعة واسعة من متطلبات النقاء والتدفق.
يتم دفع الزيادات المستمرة في الكفاءة في مرافق توليد النيتروجين القائمة على PSA من خلال مواد CMS المحسنة (الشكل 1) وتحسينات العملية.تقدم هذه المقالة نظرة عامة على أساسيات توليد النيتروجين القائم على PSA، مع التركيز بشكل خاص على الممارسات المبتكرة ومواد CMS المحسنة.تساهم هذه التطورات معًا في التحسين المستمر في أداء نظام PSA، مما يمنح مشغلي مصانع العمليات الكيميائية (CPI) طريقة مثبتة لإنتاج إمدادات موثوقة ومنخفضة التكلفة من النيتروجين الجاف عالي النقاء في الموقع.
الشكل 1. توفر كريات المنخل الجزيئي الكربوني (CMS)، المصنعة عادةً من قشور جوز الهند، المساحة السطحية وبنية المسام اللازمة لفصل الأكسجين والنيتروجين عن تيار مدخل الهواء المضغوط
نيُستخدم النيتروجين - في حالته الغازية والسائلة - في مجموعة واسعة من التطبيقات في العديد من القطاعات الصناعية.وتشمل هذه إنتاج الأطعمة والمشروبات والمواد الكيميائية والأدوية؛معالجة البترول؛المعالجة الحرارية للمعادن.صناعة الزجاج المسطح وأشباه الموصلات والإلكترونيات؛و أكثر من ذلك بكثير.تبحث المنشآت الصناعية التي تتطلب كميات كبيرة من النيتروجين دائمًا عن طرق فعالة لإنتاج النيتروجين في الموقع لتلبية جميع المواصفات المتعلقة بالنقاء ومتطلبات التدفق واستهلاك الطاقة والبصمة وقابلية النقل
يتم إنتاج غاز النيتروجين عن طريق فصل الهواء إلى جزيئات مكوناته الأولية (النيتروجين والأكسجين)، وذلك باستخدام إحدى الطريقتين: 1. التجزئة المبردة التقليدية للهواء المسال؛أو 2. فصل الهواء الغازي باستخدام الامتزاز المتأرجح بالضغط (PSA) أو أنظمة الفصل القائمة على الغشاء.إذا كانت هناك حاجة إلى كميات كبيرة من النيتروجين بدرجة نقاء عالية للغاية (99.998%)، فإن تجزئة الهواء المبردة تظل الخيار التكنولوجي الأكثر كفاءة واقتصادية [2].هذه هي أقدم طريقة لإنتاج النيتروجين، ولديها القدرة على إنتاج النيتروجين الغازي والسائل (للاستخدام اليومي وكإمداد احتياطي).عادةً ما يتم إجراء تجزئة الهواء المبردة في مصانع تجارية واسعة النطاق والتي تقوم بعد ذلك بتوصيل النيتروجين المنتج إلى المستخدمين.
ومع ذلك، في العديد من مرافق CPI، يتم إنتاج النيتروجين المخصب في الموقع باستخدام فصل PSA على نطاق أصغر أو أنظمة الفصل القائمة على الغشاء.تعمل أنظمة PSA على مبدأ الامتزاز الفيزيائي للأكسجين الموجود في الهواء بواسطة مواد المنخل الجزيئي الكربوني (مثل تلك الموضحة في الشكل 1)، مما يترك تيارًا من النيتروجين المخصب كمنتج؛تم توضيح العملية في الشكل 2. يمكن لأنظمة PSA الحالية إنتاج النيتروجين اقتصاديًا من الهواء المضغوط بأحجام مختلفة.على سبيل المثال، يمكن لأنظمة اليوم التعامل مع تيار هواء مدخل أقل من 5000 إلى أكثر من 60000 معيار قياسي.ft3/h، إنتاج N2 بشكل موثوق يلبي متطلبات النقاء من 95 إلى 99.9995%
الشكل 2. داخل كريات CMS، يتم امتصاص الأكسجين بشكل تفضيلي، مما يسمح بالتقاط تيار منتج غني بالنيتروجين لاستخدامه في الموقع
ومع ذلك، فإن تكاليف رأس المال والتشغيل لنظام PSA ترتبط ارتباطًا مباشرًا بنقاء النيتروجين المنتج، وترتفع هذه التكاليف بسرعة بمجرد الحاجة إلى نيتروجين بدرجة نقاء أكبر من 99.5%.في بعض الحالات، يمكن أن يكون إنتاج نيتروجين عالي النقاء فعالاً من حيث التكلفة عن طريق إنتاج نيتروجين بدرجة نقاء 99.5% أولاً باستخدام نظام PSA، ثم استخدام وحدة البلاديوم أو النحاس لإزالة المستويات المتبقية من الأكسجين في منتج النيتروجين.يمكن لمثل هذه الأنظمة خفض الأكسجين المتبقي إلى 1-3 جزء في المليون.
اختيار النظام المناسب
عند اختيار عملية إنتاج النيتروجين الأكثر ملاءمة، ينبغي النظر في العديد من المعالم.تعتبر النقاء والقدرة من أهم العوامل التي يمكن أن تؤثر على اختيار منهجية الإنتاج، وبالتالي يكون لها تأثير مباشر على تكلفة وحدة النيتروجين المنتج.إن استخدام نظام توليد النيتروجين PSA، والذي يمكن تصميمه لتلبية جميع أنواع وأنماط تدفق النيتروجين - الثابت والدوري وغير المنتظم - قد ازدادت شعبيته خلال العقود العديدة الماضية، وذلك بفضل البساطة والأداء والمرونة والموثوقية. وتكاليف رأس المال والتشغيل المنخفضة نسبيًا لطريق الإنتاج هذا.
ومع ذلك، فإن معدل إنتاج النيتروجين الأمثل باستخدام نظام PSA المعتمد على كريات CMS يبلغ حوالي 3000 نيوتن متر مكعب/ساعة من النيتروجين المنتج (> نقاء 95٪).ضمن هذا النطاق، يعد PSA خيارًا أكثر اقتصاداً من فصل O2/N2 عن طريق تسييل الهواء والفصل المبرد، أو عن طريق الفصل القائم على الغشاء.تتم مناقشة مبادئ تكنولوجيا توليد النيتروجين القائمة على PSA باستخدام CMS والعديد من الجوانب المهمة للمعرفة الهندسية للعملية أدناه.
المناخل الجزيئية للكربون
يعد CMS جزءًا من فئة خاصة من الكربون المنشط الذي له بنية غير بلورية (غير متبلورة) مع توزيع ضيق نسبيًا لحجم المسام.توفر هذه المادة عمليات فصل جزيئية بناءً على معدل امتصاص النيتروجين، بدلاً من الاختلافات في قدرة الامتصاص بين الأكسجين والنيتروجين.يوضح الشكل 2 البنية الداخلية لمادة CMS المناسبة لفصل (إزالة) جزيئات O2 من جزيئات N2 في مدخل الهواء المضغوط، لإنتاج تيار نيتروجين مخصب (ملاحظة: المناخل الجزيئية للكربون انتقائية للأكسجين، بينما المناخل الجزيئية الزيوليت انتقائية للنيتروجين).
يتطلب استهلاك الطاقة الأقل ضاغطًا أصغر.ونتيجة لذلك، لن توفر الطاقة فحسب، بل ستوفر أيضًا تكاليف تشغيل/خدمة الضاغط.علاوة على ذلك، تتمتع الصمامات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بعمر افتراضي أطول من الصمامات النحاسية.
| غرض | نقاء النيتروجين (Nm3/hr) |
أبعاد |
وزن | ||||||
| 95% | 99% | 99.5% | 99.9% | 99.99% | 99.995% | 99.999% | (الطول * العرض * الارتفاع) ملم | كلغ | |
| OSP5 | 21 | 13 | 11 | 8 | 5 | 4.2 | 3 | 1100*600*1700 | 300 |
| OSP10 | 38 | 29 | 25 | 15 | 10 | 7.5 | 6.1 | 1200*650*1800 | 350 |
| OSP20 | 80 | 56 | 52 | 32 | 20 | 16 | 14 | 1600*1000*2200 | 450 |
| OSP40 | 160 | 116 | 105.2 | 67.2 | 40 | 34 | 28 | 1800*1000*2200 | 600 |
| OSP60 | 252 | 174 | 157.8 | 100.8 | 60 | 51 | 45 | 1900*1200*2200 | 750 |
| OSP80 | 339.2 | 232 | 211 | 132 | 80 | 70 | 62 | 2000*1200*2400 | 980 |
| OSP100 | 420 | 290 | 263 | 168 | 100 | 90 | 78 | 2100*1600*2500 | 1300 |
| OSP150 | 630 | 435 | 394.5 | 252 | 150 | 135 | 120 | 2500*1800*2600 | 1600 |
| OSP200 | 848 | 580 | 526 | 336 | 200 | 180 | 160 | 2800*1900*2850 | 2200 |
| OSP250 | 1060 | 725 | 657.5 | 420 | 250 | 225 | 200 | 3100*2000*3200 | 2600 |
| OSP300 | 1270 | 870 | 780 | 500 | 300 | 260 | 240 | 3900*2600*3400 | 3850 |
| OSP400 | 1696 | 1160 | 1052 | 672 | 400 | 360 | 320 | 4500*3250*3600 | 5000 |
| OSP500 | 2120 | 1450 | 1300 | 840 | 500 | 450 | 400 | 4900*3600*3800 | 6500 |
| OSP600 | 2540 | 1740 | 1578 | 1000 | 600 | 540 | 480 | 5300*3600*3900 | 7800 |
| OSP800 | 3390 | 2320 | 2100 | 1340 | 800 | 720 | 640 | 5600*3900*4100 | 10200 |
| OSP1000 | 4240 | 2900 | 2630 | 1680 | 1000 | 900 | 800 | 5800*4000*4500 | 11800 |
فوائد نظام النيتروجين :
فوائد نظام توليد النيتروجين في الموقع
توفير في التكاليف
ستؤثر عوامل مثل تكلفة السوق وموقع التسليم على ما تنفقه إذا قمت بتوصيل النيتروجين إلى منشأتك.عند التحول إلى توليد النيتروجين داخليًا، يمكنك تقليل هذه التكاليف بشكل كبير بغض النظر عن مكان تواجدك.في الواقع، يمكنك رؤية عائد على الاستثمار في فترة تتراوح من تسعة إلى 24 شهرًا.
زيادة السلامة للموظفين
نظرًا لأن اهتمامك الأساسي هو سلامة موظفيك، فإن توليد النيتروجين في الموقع يقلل بشكل كبير من خطر إصابة العمال.يتم التخلص بنسبة 100% من التعامل مع أسطوانات النيتروجين وتسربات الخزانات والتعرض للنيتروجين السائل من خلال التسليم والتفريغ، وبالتالي إنشاء نظام آمن وموثوق.
تقليل التأثير على البيئة
من خلال امتلاك نظام توليد النيتروجين الخاص بك، فإنك تقلل من تأثيرك على البيئة حيث لم تعد بحاجة إلى استخدام شاحنات النقل الثقيلة لتوصيل خزاناتك وتجديدها.يمكنك أيضًا زيادة الكفاءة وتحسين سمعتك في الصناعة كشركة واعية بيئيًا.
توفير الوقت بكفاءة
يوفر المستخدمون الصناعيون الذين يقومون بإنشاء توليد النيتروجين في الموقع الوقت في العمليات الحيوية التي تستخدم النيتروجين.واحدة من أكبر الخسائر التي يتعرض لها المستخدمون الصناعيون كل عام هي فترات التوقف التشغيلي الناجمة عن مشكلات لوجستية تتعلق بنقل النيتروجين من مواقع البائعين.من خلال نظام توليد النيتروجين الموجود في الموقع، لديك إمداد بالغاز عالي النقاء على مدار 24 ساعة لتشغيل عملياتك.
