Die Stickstoffproduktion durch kryogene Luftzerlegung ist eine traditionelle Stickstoffproduktionsmethode mit einer jahrzehntelangen Geschichte.Es nutzt Luft als Rohmaterial, komprimiert und reinigt sie und verflüssigt sie anschließend durch Wärmeaustausch zu flüssiger Luft.Flüssige Luft ist hauptsächlich eine Mischung aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff.Ausgehend von den unterschiedlichen Siedepunkten von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Stickstoff wird Stickstoff durch deren Trennung durch Destillation flüssiger Luft gewonnen.
Typischer Prozessablauf
Der gesamte Prozess besteht aus Luftkomprimierung und -reinigung, Luftzerlegung und Verdampfung von flüssigem Stickstoff.
1. Luftkomprimierung und -reinigung
Nachdem die Luft durch den Luftfilter von Staub und mechanischen Verunreinigungen gereinigt wurde, gelangt sie in den Luftkompressor, wird auf den erforderlichen Druck komprimiert und dann zum Luftkühler geleitet, um die Lufttemperatur zu senken.Anschließend gelangt es in den Lufttrocknungsreiniger, um Feuchtigkeit, Kohlendioxid, Acetylen und andere Kohlenwasserstoffe aus der Luft zu entfernen.
2. Luftzerlegung
Die gereinigte Luft gelangt in den Hauptwärmetauscher im Luftzerlegungsturm, wird durch das Rückflussgas (Produktstickstoff, Abgas) auf die Sättigungstemperatur abgekühlt und zum Boden des Destillationsturms geleitet.Am oberen Ende des Turms wird Stickstoff gewonnen, die flüssige Luft wird gedrosselt und weitergeleitet. Sie gelangt zum Verdampfen in den Kondensationsverdampfer und gleichzeitig wird ein Teil des vom Rektifikationsturm gesendeten Stickstoffs kondensiert.Ein Teil des kondensierten flüssigen Stickstoffs wird als Rückflussflüssigkeit des Rektifikationsturms verwendet, der andere Teil wird als flüssiges Stickstoffprodukt verwendet und verlässt den Luftzerlegungsturm.
Das Abgas aus dem Kondensationsverdampfer wird durch den Hauptwärmetauscher wieder auf etwa 130 K erhitzt und gelangt zur Expansion und Kühlung in den Expander, um Kühlkapazität für den Luftzerlegungsturm bereitzustellen.Ein Teil des entspannten Gases wird zur Regeneration und Kühlung des Molekularsiebs verwendet und anschließend über den Schalldämpfer abgeführt.Atmosphäre.
3. Verdampfung von flüssigem Stickstoff
Der flüssige Stickstoff aus dem Luftzerlegungsturm wird im Flüssigstickstoff-Lagertank gespeichert.Bei der Inspektion der Luftzerlegungsanlage gelangt der flüssige Stickstoff im Lagertank in den Verdampfer und wird erhitzt, bevor er in die Produktstickstoffleitung geleitet wird.
Durch die kryogene Stickstoffproduktion kann Stickstoff mit einer Reinheit von ≧99,999 % erzeugt werden.
Reinheit
Durch die kryogene Stickstoffproduktion kann Stickstoff mit einer Reinheit von ≧99,999 % erzeugt werden.Die Stickstoffreinheit wird durch die Stickstoffbeladung, die Anzahl der Böden, die Bodeneffizienz und die Sauerstoffreinheit in flüssiger Luft usw. begrenzt und der Einstellbereich ist klein.
Daher ist die Produktreinheit bei einem Satz kryogener Stickstoffproduktionsanlagen grundsätzlich sicher und lässt sich nur schwer einstellen.
Hauptausrüstung des kryogenen Stickstoffgenerators
1. Luftfiltration
Um den Verschleiß der mechanisch bewegten Oberfläche im Inneren des Luftkompressors zu verringern und die Luftqualität sicherzustellen, muss die Luft, bevor sie in den Luftkompressor gelangt, zunächst den Luftfilter passieren, um darin enthaltenen Staub und andere Verunreinigungen zu entfernen.Der Lufteinlass von Luftkompressoren verwendet meist Filter mit grobem Wirkungsgrad oder Filter mit mittlerem Wirkungsgrad.
2. Luftkompressor
Nach dem Funktionsprinzip können Luftkompressoren in zwei Kategorien eingeteilt werden: volumetrische und Geschwindigkeitskompressoren.Luftkompressoren verwenden meist Hubkolben-Luftkompressoren, Zentrifugal-Luftkompressoren und Schrauben-Luftkompressoren.
3. Luftkühler
Es wird verwendet, um die Temperatur der Druckluft vor dem Eintritt in den Lufttrocknungsreiniger und den Luftzerlegungsturm zu senken, große Temperaturschwankungen beim Eintritt in den Turm zu vermeiden und den größten Teil der Feuchtigkeit in der Druckluft auszufällen.Stickstoffwasserkühler (bestehend aus Wasserkühltürmen und Luftkühltürmen: Der Wasserkühlturm nutzt das Abgas des Luftzerlegungsturms zum Kühlen des Umlaufwassers, und der Luftkühlturm nutzt das Umlaufwasser des Wasserkühlturms zum Kühlen Luft), Freon-Luftkühler.
4. Lufttrockner und Luftreiniger
Druckluft enthält nach dem Durchströmen des Luftkühlers noch einen gewissen Anteil an Feuchtigkeit, Kohlendioxid, Acetylen und anderen Kohlenwasserstoffen.Im Luftzerlegungsturm abgelagerte gefrorene Feuchtigkeit und Kohlendioxid verstopfen die Kanäle, Rohre und Ventile.Acetylen reichert sich im flüssigen Sauerstoff an und es besteht Explosionsgefahr.Staub verschleißt die Betriebsmaschinen.Um den langfristig sicheren Betrieb der Luftzerlegungsanlage zu gewährleisten, müssen spezielle Reinigungsanlagen zur Entfernung dieser Verunreinigungen eingerichtet werden.Die gebräuchlichsten Methoden zur Luftreinigung sind Adsorption und Gefrieren.Die Molekularsieb-Adsorptionsmethode wird in China häufig in kleinen und mittelgroßen Stickstoffgeneratoren eingesetzt.
5. Luftzerlegungsturm
Der Luftzerlegungsturm umfasst hauptsächlich einen Hauptwärmetauscher, einen Verflüssiger, einen Destillationsturm, einen Kondensationsverdampfer usw. Der Hauptwärmetauscher, der Kondensationsverdampfer und der Verflüssiger sind Plattenwärmetauscher.Es handelt sich um einen neuartigen kombinierten Trennwandwärmetauscher mit einer Vollaluminium-Metallstruktur.Der durchschnittliche Temperaturunterschied ist sehr gering und die Wärmeaustauscheffizienz beträgt bis zu 98–99 %.Der Destillationsturm ist eine Luftzerlegungsanlage.Die Arten der Turmausrüstung werden nach den Innenteilen unterteilt.Ein Siebbodenturm mit einer Siebplatte wird als Siebplattenturm bezeichnet, ein Glockenturm mit einer Glockenplatte wird als Glockenturm bezeichnet und ein Füllkörperturm mit gestapelten Packungen wird als Siebplattenturm bezeichnet.Die Siebplatte hat eine einfache Struktur, ist einfach herzustellen und weist eine hohe Platteneffizienz auf, sodass sie häufig in Destillationstürmen zur Luftfraktionierung verwendet wird.Füllkörpertürme werden hauptsächlich für Destillationstürme mit einem Durchmesser von weniger als 0,8 m und einer Höhe von nicht mehr als 7 m verwendet.Aufgrund ihrer komplexen Struktur und Herstellungsschwierigkeiten werden Glockentürme heutzutage nur noch selten verwendet.
6. Turboexpander
Es handelt sich um eine rotierende Schaufelmaschine, die von Stickstoffgeneratoren zur Erzeugung von Kälteenergie verwendet wird.Es handelt sich um eine Gasturbine, die bei niedrigen Temperaturen eingesetzt wird.Turboexpander werden entsprechend der Strömungsrichtung des Gases im Laufrad in Axialströmungstypen, zentripetale Radialströmungstypen und zentripetale Radialströmungstypen unterteilt.Je nachdem, ob sich das Gas im Laufrad weiter ausdehnt, wird es in Gegenangriffstyp und Aufpralltyp unterteilt.Die fortgesetzte Expansion ist vom Typ Gegenangriff.Typ, es dehnt sich nicht weiter aus und wird zum Schlagtyp.Einstufige Radial-Axialströmungs-Prallturbinenexpander werden häufig in Luftzerlegungsanlagen eingesetzt.Der kryogene Luftzerlegungs-Stickstoffgenerator verfügt über eine komplexe Ausrüstung, eine große Fläche, hohe Infrastrukturkosten, hohe einmalige Investitionen in die Ausrüstung, hohe Betriebskosten, eine langsame Gasproduktion (12 bis 24 Stunden), hohe Installationsanforderungen und einen langen Zyklus.Unter Berücksichtigung von Ausrüstungs-, Installations- und Infrastrukturfaktoren ist der Investitionsumfang von PSA-Geräten mit den gleichen Spezifikationen für Geräte unter 3500 Nm3/h um 20 % bis 50 % niedriger als der von kryogenen Luftzerlegungsgeräten.Das kryogene Stickstoffgeneratorgerät eignet sich für die industrielle Stickstoffproduktion im großen Maßstab, die Stickstoffproduktion im mittleren und kleinen Maßstab ist jedoch unwirtschaftlich.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. Februar 2024
