Nitrogenanlæg - anlæg til fremstilling af kvælstof . I industrialiserede lande har membrankvælstofanlæg næsten fuldstændig erstattet alternative metoder til fremstilling af teknisk kvælstof i tilfælde, hvor store mængder og høj renhed ikke er påkrævet.
Processen med adsorptionsseparation af gasformige medier i nitrogenanlæg er baseret på fænomenet med binding af et fast stof, kaldet en adsorbent, af individuelle komponenter i en gasblanding. Dette fænomen skyldes kræfterne af interaktion mellem gas og adsorberende molekyler.
Nitrogenanlæg opererer på basis af adsorptionsteknologi, baseret på den forskellige afhængighed af absorptionshastigheden af individuelle komponenter i gasblandingen på tryk og temperatur. Blandt flere typer adsorptionsanlæg til produktion af kvælstof er de mest udbredte i verden tryksvingningsadsorptionsanlæg (PSA- eller PSA-anlæg).
Procesorganisationsskemaet, der anvendes i nitrogenanlæg med sådanne systemer, er baseret på regulering af absorptionshastigheden af komponenterne i gasblandingen, der adskilles, og regenereringen af adsorbenten ved at ændre trykket i to adsorbere - beholdere, der indeholder adsorbenten. Denne proces foregår ved en temperatur tæt på stuetemperatur. Ved brug af denne ordning produceres nitrogen af anlægget ved et tryk over atmosfærisk tryk.
Processen med tryksvingningsadsorption (PSA) i hver af de to adsorbere består af to trin. På absorptionsstadiet opfanger adsorbenten overvejende en af komponenterne i gasblandingen med produktion af produktnitrogen. På regenereringsstadiet frigives den absorberede komponent fra adsorbenten og udledes i atmosfæren. Processen gentages derefter mange gange.
Kvælstofplanter gør det muligt at opnå nitrogen med en renhed på op til 99,9995%. En sådan renhed af nitrogen kan også opnås af kryogene systemer, men de er meget mere komplicerede og berettigede kun med et meget stort produktionsvolumen.
Funktionsprincippet for membransystemer er forskellen i hastigheden af penetration af gaskomponenter gennem membranstoffet. Drivkraften bag gasseparation er forskellen i partialtryk på forskellige sider af membranen.
Siden fremkomsten af nitrogenanlæg baseret på membrangasseparationsteknologi er egenskaberne ved de anvendte membraner løbende blevet forbedret. En moderne gasseparationsmembran er ikke længere en flad plade eller film, men en hul fiber. Hulfibermembranen består af en porøs polymerfiber med et gasseparationslag påført på dens ydre overflade.
Strukturelt er hulfibermembranen samlet i form af en cylindrisk patron, som er en spole med en polymerfiber viklet omkring sig på en særlig måde. Gasstrømmen under tryk føres ind i bundtet af membranfibre. På grund af forskellige partialtryk på membranens ydre og indre overflader adskilles gasstrømmen.
Der er ingen bevægelige dele i gasseparationsenhederne, hvilket sikrer pålideligheden af installationerne. Membranerne er meget modstandsdygtige over for vibrationer og stød, kemisk inerte over for olier og ufølsomme over for fugt og fungerer i et bredt temperaturområde fra -40 °C til +60 °C. Afhængig af driftsbetingelserne er membranenhedens ressource fra 130.000 til 180.000 timer (15-20 års kontinuerlig drift).
Ulemper ved membrankvælstofplanter
Driften af kryogene luftseparationsanlæg er baseret på lavtemperatur-rektifikationsmetoden, som er baseret på forskellen i luftkomponenternes kogepunkter og forskellen i sammensætningen af væske- og dampblandinger i ligevægt. I processen med luftadskillelse ved kryogene temperaturer udføres masse- og varmeudveksling mellem væske- og dampfaser i kontakt, bestående af luftkomponenter. Som et resultat beriges dampfasen i den lavtkogende komponent (komponent med et lavere kogepunkt), og væskefasen beriges med den højtkogende komponent. Når den stiger op i destillationskolonnen, beriges dampen med en lavtkogende komponent - nitrogen, og væsken, der strømmer ned, er mættet med en højtkogende komponent - oxygen.
Den kryogene metode er den eneste metode, der giver høj renhed af separationsprodukterne, hvilket er vigtigt, med en høj genvindingsfaktor og enhver mængde produkt, hvilket fører til høj effektivitet. I dette tilfælde giver metoden dig mulighed for samtidig at opnå flere separationsprodukter og opnå produkter både i form af gas og flydende produkter. Kryogen teknologi giver således en højere teknologifleksibilitet.
Ulemperne ved kryogene planter omfatter en længere opstartsperiode sammenlignet med adsorptions- og membrananlæg. Af denne grund bør denne metode bruges til store stationære komplekser med høj produktivitet med en lang periode med kontinuerlig drift.