Sản xuất nitơ được thực hiện bằng công nghệ hấp phụ dao động áp suất (PSA) trên rây phân tử carbon (CMS) được coi là phương pháp trưởng thành, tiết kiệm chi phí và hiệu quả cao để sản xuất nitơ đáp ứng nhiều yêu cầu về độ tinh khiết và dòng chảy.Sự gia tăng liên tục về hiệu quả trong các cơ sở sản xuất nitơ dựa trên PSA đang được thúc đẩy bởi các vật liệu CMS nâng cao (Hình 1) và các cải tiến quy trình.Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về các nguyên tắc cơ bản của quá trình tạo nitơ dựa trên PSA, đồng thời tập trung đặc biệt vào các phương pháp cải tiến và vật liệu CMS cải tiến.Cùng với nhau, những tiến bộ này góp phần cải thiện liên tục hiệu suất của hệ thống PSA, mang lại cho người vận hành nhà máy công nghiệp chế biến hóa chất (CPI) một phương pháp đã được chứng minh để sản xuất nguồn cung cấp nitơ khô có độ tinh khiết cao tại chỗ đáng tin cậy và chi phí thấp.
HÌNH 1. Các viên rây phân tử carbon (CMS), thường được sản xuất từ gáo dừa, cung cấp diện tích bề mặt và cấu trúc lỗ rỗng cần thiết để tách oxy và nitơ khỏi luồng khí nén vào
Nitrogen - ở cả trạng thái khí và lỏng - được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.Chúng bao gồm sản xuất thực phẩm và đồ uống, hóa chất và dược phẩm;chế biến dầu khí;xử lý nhiệt kim loại;sản xuất kính phẳng, chất bán dẫn và điện tử;và nhiều cái khác.Các cơ sở công nghiệp đòi hỏi khối lượng nitơ lớn luôn tìm kiếm các phương pháp sản xuất nitơ tại chỗ hiệu quả để đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật liên quan đến độ tinh khiết, yêu cầu về lưu lượng, mức tiêu thụ điện năng, dấu chân và tính di động
Khí nitơ được tạo ra bằng cách tách không khí thành các phân tử thành phần chính (nitơ và oxy), sử dụng một trong hai phương pháp: 1. Phân đoạn đông lạnh truyền thống của không khí đã được hóa lỏng;hoặc 2. Tách khí bằng cách sử dụng hệ thống hấp phụ dao động áp suất (PSA) hoặc dựa trên màng.Nếu cần một khối lượng lớn nitơ với độ tinh khiết cực cao (99,998%), phân đoạn không khí đông lạnh vẫn là lựa chọn công nghệ hiệu quả và kinh tế nhất [2].Đây là phương pháp sản xuất nitơ lâu đời nhất và nó có khả năng sản xuất cả nitơ khí và lỏng (để sử dụng hàng ngày và làm nguồn cung cấp dự phòng).Việc phân đoạn không khí đông lạnh thường được thực hiện trong các nhà máy thương mại quy mô lớn, sau đó cung cấp nitơ sản xuất cho người dùng.
Tuy nhiên, tại nhiều cơ sở CPI, nitơ được làm giàu được sản xuất tại chỗ bằng cách sử dụng hệ thống phân tách PSA quy mô nhỏ hơn hoặc hệ thống phân tách dựa trên màng.Hệ thống PSA hoạt động theo nguyên tắc hấp phụ vật lý oxy trong không khí bằng vật liệu sàng phân tử carbon (như những vật liệu được trình bày trong Hình 1), để lại sản phẩm là dòng nitơ được làm giàu;quá trình này được minh họa trong Hình 2. Các hệ thống PSA ngày nay có thể sản xuất nitơ từ khí nén một cách kinh tế ở nhiều thể tích khác nhau.Ví dụ, các hệ thống ngày nay có thể xử lý luồng không khí vào từ dưới 5.000 đến hơn 60.000 tiêu chuẩn.ft3/h, sản xuất N2 một cách đáng tin cậy đáp ứng yêu cầu về độ tinh khiết từ 95 đến 99,9995%
HÌNH 2. Trong các viên CMS, oxy được hấp phụ tốt hơn, cho phép thu giữ dòng sản phẩm giàu nitơ để sử dụng tại chỗ
Tuy nhiên, vốn và chi phí vận hành của hệ thống PSA có mối tương quan trực tiếp với độ tinh khiết của nitơ được tạo ra và các chi phí này tăng lên nhanh chóng khi cần có nitơ có độ tinh khiết lớn hơn 99,5%.Trong một số trường hợp, có thể tiết kiệm chi phí khi sản xuất nitơ có độ tinh khiết cao hơn bằng cách trước tiên sản xuất nitơ có độ tinh khiết 99,5% bằng hệ thống PSA, sau đó sử dụng thiết bị palađi hoặc đồng để loại bỏ lượng oxy dư trong sản phẩm nitơ.Những hệ thống như vậy có thể giảm lượng oxy dư xuống 1–3 ppm.
LỰA CHỌN HỆ THỐNG ĐÚNG
Khi lựa chọn quy trình sản xuất nitơ thích hợp nhất, cần xem xét một số thông số.Độ tinh khiết và công suất là những yếu tố quan trọng nhất có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn phương pháp sản xuất và do đó có tác động trực tiếp đến đơn giá nitơ được sản xuất.Việc sử dụng hệ thống tạo nitơ PSA, có thể được thiết kế để đáp ứng tất cả các loại và mô hình dòng nitơ - ổn định, định kỳ và thất thường - đã trở nên phổ biến trong vài thập kỷ qua, nhờ tính đơn giản, hiệu suất, tính linh hoạt, độ tin cậy và chi phí vốn và vận hành tương đối thấp của tuyến sản xuất này.
Tuy nhiên, tốc độ sản xuất nitơ tối ưu khi sử dụng hệ thống PSA dựa trên các viên CMS là khoảng 3.000 Nm3/h N2 được tạo ra (độ tinh khiết >95%).Trong phạm vi đó, PSA là một lựa chọn kinh tế hơn so với việc tách O2/N2 bằng hóa lỏng không khí và tách lạnh hoặc bằng cách tách dựa trên màng.Các nguyên tắc của công nghệ tạo nitơ dựa trên PSA sử dụng CMS và một số khía cạnh quan trọng của bí quyết kỹ thuật quy trình sẽ được thảo luận dưới đây.
SÀNG PHÂN TỬ CARBON
CMS là một phần của một loại than hoạt tính đặc biệt có cấu trúc không kết tinh (vô định hình) với sự phân bố kích thước lỗ chân lông tương đối hẹp.Vật liệu này cung cấp khả năng phân tách phân tử dựa trên tốc độ hấp phụ nitơ, thay vì sự khác biệt về khả năng hấp phụ giữa oxy và nitơ.Hình 2 cho thấy cấu trúc bên trong của vật liệu CMS thích hợp cho việc tách (loại bỏ) phân tử O2 khỏi phân tử N2 ở đầu vào khí nén, để tạo ra dòng nitơ được làm giàu (Lưu ý: Sàng phân tử carbon có tính chọn lọc đối với oxy, trong khi sàng phân tử zeolit có tính chọn lọc đối với nitơ).
Tiêu thụ điện năng nhỏ hơn đòi hỏi một máy nén nhỏ hơn.Kết quả là, bạn sẽ không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn tiết kiệm chi phí vận hành/bảo dưỡng máy nén.Hơn nữa, van thép không gỉ có tuổi thọ cao hơn đồng thau.
| Mục | Độ tinh khiết của nitơ (Nm3/giờ) |
Kích thước
|
Cân nặng | ||||||
| 95% | 99% | 99,5% | 99,9% | 99,99% | 99,995% | 99,999% | (L*W*H) mm | KILÔGAM | |
| OSP5 | 21 | 13 | 11 | số 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 | 26:30 | 1680 | 1000 | 900 | 800 | 5800*4000*4500 | 11800 |
Áp suất khí nén đầu vào 7,5 bar(g)/108 psi(g)
Chất lượng không khí 1.4.1 theo ISO 8573-1:2010
Áp suất đầu ra nitơ 6 bar(g)/87psi(g)
Chất lượng nitơ 1.2.1 theo tiêu chuẩn ISO 8573-1:2010.
Nhiệt độ làm việc được thiết kế tối đa 50oC
Điểm sương ở đầu ra Nitơ - 40oC
Ghi chú:
Áp suất làm việc tối đa của máy tạo nitơ OSP 10 bar(g)/145psi(g)
Yêu cầu sau đây của máy tạo nitơ tại chỗ PSA sẽ được tùy chỉnh:
Áp suất làm việc ＞10 bar(g)/145 psi(g)
Điểm sương ＜ - 50oC
Cắm và chơi
Di chuyển/container
Các yêu cầu đặc biệt khác theo điều kiện địa điểm
Dưới đây là năm ứng dụng máy tạo nitơ phổ biến nhất trong ngành công nghiệp.
Bao bì khí quyển biến đổi (MAP) với hỗn hợp khí nitơ và nitơ-CO2 thường được sử dụng trong ngành đóng gói thực phẩm để bảo quản các mặt hàng dễ hỏng bằng cách ngăn ngừa hư hỏng, đảm bảo độ tươi, duy trì hương vị và kéo dài thời hạn sử dụng của sản phẩm.Việc tạo nitơ tại chỗ rất có lợi trong ngành đóng gói thực phẩm để duy trì chất lượng sản phẩm.Những người đóng gói thực phẩm có thể tiết kiệm hàng trăm nghìn đô la bằng cách lắp đặt hệ thống tại chỗ.
Giống như ngành công nghiệp thực phẩm, ngành đồ uống cũng có thể cải thiện nhờ có hệ thống tạo nitơ tại chỗ.Những hệ thống này giúp việc vận chuyển đồ uống đến người dùng cuối như nhà đóng gói nước trái cây, nhà sản xuất rượu vang, nhà máy bia và các nhà sản xuất hệ thống phân phối đồ uống khác hiệu quả hơn.
Sự thành công của máy cắt laser phụ thuộc vào một cửa hàng tinh gọn và hiệu quả, đó là lý do tại sao việc tự tạo nitơ tại chỗ lại rất có lợi.Nếu bạn hiện đang mua khí xi lanh áp suất cao, bạn có thể tiết kiệm chi phí đáng kinh ngạc bằng cách chuyển sang hệ thống cục bộ.Các hệ thống nitơ lỏng số lượng lớn để cắt laser thường có tổn thất thanh lọc lên tới 20% lượng khí bạn mua.Một máy tạo nitơ tại chỗ sẽ loại bỏ những tổn thất thanh lọc tốn kém này.
Nhiều ứng dụng hàn yêu cầu nitơ có độ tinh khiết cao để giảm cặn trên các điểm hàn và giảm sức căng bề mặt.Nitơ có độ tinh khiết cao cho phép chất hàn tách ra khỏi vị trí hàn một cách sạch sẽ.Có một hệ thống tạo nitơ tại chỗ là cách tiết kiệm chi phí nhất để đáp ứng nhu cầu nitơ của bạn.
Khí trơ lý tưởng để phủ hoặc làm sạch các thùng chứa nhiên liệu và hóa chất là nitơ.Việc có hệ thống nitơ tại chỗ sẽ giảm chi phí và cho phép bạn có nguồn cung cấp nitơ 24/7 để đáp ứng yêu cầu của mình.
Máy tạo nitơ tại chỗ cực kỳ hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau.Bằng cách cài đặt một hệ thống tại chỗ, tất cả những gì bạn cần tập trung vào là bảo trì, trong khi khoản đầu tư của bạn sẽ tự trả dần theo thời gian.Chúng tôi cung cấp các dịch vụ máy tạo nitơ sau:
Để được trợ giúp cài đặt, nhóm của chúng tôi cung cấp hỗ trợ dịch vụ 24/24.Nếu bạn yêu cầu bảo trì cho hệ thống hiện tại của mình, chúng tôi sẽ đảm bảo rằng máy tạo nitơ của bạn đang chạy trong tình trạng tốt để bạn có thể quay lại hoạt động bình thường.
Trong gần ba thập kỷ, chúng tôi đã giúp khách hàng giảm đáng kể chi phí nitơ và oxy công nghiệp bằng cách sử dụng các công nghệ tiên tiến như hệ thống tạo nitơ và oxy tại chỗ.Chúng tôi thay thế yêu cầu phải mua gas.Thay vào đó, chúng tôi bán cho khách hàng doanh nghiệp của mình công nghệ và thiết bị mà họ cần để tự sản xuất khí đốt tại chỗ.
