Máy tạo nitơ mô-đun OSL Series dành cho ngành cắt laser sợi quang với 20 cfm 99,99%-99,999% 500 psi 6000-30000W
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
Nitơ - 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 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 nitơ 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).
