Жидкий азот способ разделения

Криогенная технология

Криогенная технология-разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты

ИА Neftegaz.RU. Технология разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты известна очень давно.

Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении на азот, кислород и аргон.
Такой способ получения газов называется разделением воздуха методом глубокого охлаждения.
Криогенными считаются температуры ниже 120 К (-153 o С).
Сначала воздух сжимается компрессором, затем, после прохождения теплообменников, расширяется в машине-детандере или дроссельном вентиле, в результате чего охлаждается до температуры 93 °K и превращается в жидкость.
Дальнейшее разделение жидкого воздуха, состоящего в основном из жидкого азота и жидкого кислорода, основано на различии температуры кипения его компонентов: кислорода — 90,18 °K, азота — 77,36 °K.
При постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость все более обогащается кислородом.

Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкие кислород, азот и аргон нужной чистоты.
При относительно высокой стоимости криогенные блоки очень надежны, просты в эксплуатации, обладают высокими техническими характеристиками и позволяют получать газы высокой чистоты в очень больших объемах, например, газообразный азот сверхвысокой чистоты (до 1 ppb), который не может быть получен в адсорбционных и мембранных системах.

В то же время криогенные блоки являются экономически эффективными при долгосрочной эксплуатации за счет низкого удельного энергопотребления и низких эксплуатационных затрат.
Широкое применение нержавеющей стали, особенно для трубопроводов и клапанов, позволяет использовать простые и надежные сварные соединения, а также обеспечивает противокоррозионную стойкость. Кроме этого, само по себе сварные соединения нержавеющих трубопроводов как внутри холодного блока, так и в не его, обеспечивают долговечную плотность и не допускают протечек.
Основными техническими преимуществами криогенного способа являются гарантированная высокая чистота продукта при неизменном расходе, а также низкое удельное энергопотребление в течение всего срока эксплуатации.
Минимизация вращающихся и движущихся механизмов обеспечивает долгий ресурс работы криогенных установок.
При соблюдении проектных условий эксплуатации блока комплексной очистки (БКО) не требуется замена адсорбентов в течение всего срока службы установки.

Процесс генерации жидкого азота

1. Система очистки от примесей: в основном через воздушный фильтр и другие поглотители — молекулярные сита для очистки от механических примесей, влаги, углекислого газа, ацетилена, смешанных в воздухе.
2. Воздушное охлаждение и сжижение: в основном, воздух с глубокой заморозкой играет роль воздушного компрессора, теплообменника, расширительной машины, воздушного дроссельного клапана и т. Д.
3. Система дистилляции воздуха: основным компонентом является ректификационная колонна (верхняя колонна, нижняя колонна), испаритель конденсата, переохладитель, жидкий воздух и дроссель жидкого азота. Играет роль в разделении различных компонентов воздуха.
4. Нагревательная система продувки: В дополнение к использованию метода теплового обдува производится регенерация системы очистки.
5. Система управления прибором: с помощью разнообразных приборов для контроля всего процесса. При криогенном разделении воздуха азот принимает воздух в качестве сырья, благодаря сжатию, очистке, сжижение воздуха с помощью теплообменной жидкости превращается в жидкий воздух. Жидкий воздух в основном представляет собой смесь жидкого кислорода и жидкого азота, жидкий кислород и жидкий азот имеют разные точки кипения, путем дистилляции, так что они разделяются для получения азота.

Криогенная кислородно-азотная машина с 2 колоннами, рабочее давление всей системы составляет менее 0,7 MPa.
Операция проста, гибка и безопасна, а потребление энергии очень низкое.
Основными частями являются:

• воздушный компрессор,
• осушитель воздуха (предварительный охладитель),
• фильтры,
• адсорбционные колонны с молекулярными ситами для предварительной обработки,
• система оборотной охлаждающей воды,
• расширитель газового подшипника,
• расширение с положительным потоком и охлаждение,
• перегонка с 2 мя колоннами.

Общая скорость извлечения высока.
Кислород и азот высокой чистоты могут быть получены одновременно.
Определенное количество жидкого аргона также может быть произведено одновременно.
Выход газообразного кислорода может составлять от 50 Nm3 / h до 60000 Nm3 / h при чистоте кислорода более 99,6% и азота — более 99,99%.

Источник

Криогенная азотная установка

Криогенная азотная установка является наиболее эффективным оборудованием для производства чистого азота, причём в достаточно больших количествах.

Дело в том, что если клиенту нужен азот чистота которого составляет 99,999%, а объёмы потребления более 5000 нм 3 /ч, экономически выгодной и самой оправданной будет являться именно криогенная технология получения азота.

Есть ещё один важный момент на который стоит обратить внимание, дело в том, что криогенные азотные установки имеют одно очень большое преимущество по сравнению с установками адсорбционными и мембранными.

Если клиенту нужна возможность получения азота как в жидком виде, так и в газообразном, то здесь ему поможет именно криогенная установка, потому что жидкие продукты разделения воздуха получаются только при низкотемпературной ректификации, а адсордционные и мембранные установки на это не рассчитаны и позволяют получать азот исключительно в газообразном виде.

Принцип разделения газов криогенным методом

Как упоминалось выше, разделение воздуха криогенным методом происходит с помощью низкотемпературной ректификации, которая в свою очередь базируется на разности температур кипения компонентов, которые входят в состав воздуха и соответственно разности тех составов которые находятся в равновесии паровых и жидких смесей.

Когда при разделении воздуха паровая и жидкая фаза находится при криогенных температурах, между ними начинает происходить массо и теплообмен.

В результате этого действия, жидкая фаза начинает обогащаться высококипящим компонентом, тогда как фаза паровая, напротив обогащается компонентом низкокипящим, тем компонентом, который более низкую температуру кипения.

Дальше происходит самое интересное, когда пар по ректификационной колонне начинает подниматься вверх, он начинает обогащаться низкокипящим компонентом, который собственно и является азотом, а жидкость стикающая вниз, в то время насыщается высококипящим компонентом, то есть кислородом.

Преимущества и недостатки криогенной технологии разделения газов

Главным преимуществом криогенных установок является высокий коэффициент чистоты продуктов разделения, ни ода установка и ни один пока ещё изобретённый метод не позволяют получать азот в таком чистом виде, в котором это позволяют делать криогенные установки.

Так же очень важным преимуществом является неограниченное количество получение азота, которое в своё время никак не влияет на качество продукта.

С помощью криогенной технологии и конечно же криогенных установок, как уже писалось выше можно получать азот как в жидком виде, так и газообразном, а это то самое преимущество, которое делает криогенные азотные установки и криогенные методы получения азота более гибкими и более экономичными.

Что касается недостатков получения азота криогенным способом, то к ним можно отнести всего один, это длительность процесса, именно поэтому чаще всего получение азота данным методом более целесообразно использовать на крупных стационарных комплексах с длительным периодом непрерывной работы и соответственно с большой производительностью.

Источник

Способ разделения азотоводородной смеси

Изобретение относится к криогенной технике и позволяет повысить чистоту получаемых продуктов. Охлажденную до 78-83 К сжатую смесь II2-Na разделяют в сепараторе (С) 3 на обогащенную азотом жидкость и обогащенный водородом газ, который охлаждают в конденсаторе (К) 10 за счет кипения жидкого азота под вакуумом. При этом из смеси конденсируется почти весь азот, а газ (водород) окончательно очищается в низкотемпературных адсорберах 12 и через теплообменник 2 направляется потребителю. Жидкость из К 10 и С 3 объединяется в один поток, дросселируется в дросселе 5, подогревается в теплообменнике 1, частично испаряется, при этом испаряется растворенный в ней водород и направляется в дополнительный С 4, откуда жидкость (азот) после испарения в теплообменнике 1 направляется потоком V потребителю, а газовая фракция в качестве отдувочного газа потоком TII выводится из установки . 1 ил. с S

А1 (ц F 25 J 3/06

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4609954/06 (22) 28.11.88 (46) ?3,02.91. Бюл. 1. — 7 (7i) Ленинградский технологический институт холодильной промышленности (72) JI.A.Aêóëîâ, Г.И.Рылеев и А.С.Урес (53) 621.57 (088.8)

1 (56) Патент Великобритании Р 2086028 кл. F 25 Л 3/06, опублик. 1982. (54) СПОСО!3 РАЗДЕЛЕНИЯ АЗОТОВОДОРОДНОЙ СМЕСИ (57) Изобретение относится к криогенной технике и позволяет повысить чистоту получаемых продукгов. Охлажденную до 78-83 К сжатую смесь II -N разделяют в сепараторе (С) 3 на .обогаценную азотом жидкость и обагаI

2 щенный водородом гаэ, который охлаждают в конденсаторе (К) 10 за счет кипения жидкого азота под вакуумом.

При этом из смеси конденсируется почти весь азот, а газ (водород) окончательно очищается в низкотемпературных адсорберах 12 и через тенлообменник 2 направляется потребителю. Жидкость иэ К 10 и С 3 объединяется в один поток, дросселируется в дросселе 5, подогревается в теплообменнике 1, частично испаряется, при этом испаряется растворенный в ней водород> и направляется в дополнительный

С 4, откуда жидкость (азот) после испарения в теплообменнике 1 направляется потоком U потребителю, а га- . З зовая фракция н качестве отдувочного. газа потоком TII выводится иэ установки. 1 ил. (::

Изобретение относится к криогенной технике, а конкретнее к низко— температурному разделению смесей азот-водород с получением в качестве 5 продуктов газообразных азота и водорода, Цель изобретения — повышение частоты получаемых продуктов.

На чертеже представлена схема 10 установки для реализации предлагаемого способа разделения смеси.

Установка содержит теплообменники 1 и 2, сепаратор 3, дополнительный сепаратор 4, дроссели 5 и 6, азотный турбокомпрессор 7, теплообменник 8, трубодетандер 9, конденсатор 10, вакуум-насос 11 и низкотемпературные адсорберы 12.

Способ осуществляют следующим 20 образом.

Смесь I содержащую 757. Н и 25Х

И2, под давлением 2-5-3,0 МПа оаждают в теплообменниках 1 и 2 до .температуры 78-83 К. При охлаждении 25 смеси до этих температур она частично конденсируется и жидкую фазу отделяют в сепараторе 3. Обогащенную водородом газовую фазу подают на дальнейшее охлаждение в конденсатор

10> где температура смеси понижается до 65 К. При этом происходит почти полная конденсация азота, оставшегося в смеси, и из конденсатора 10 отводят газовый поток, состоящий в основном иэ водорода с незначительным содержанием N, Окончательную стадию очистки этого потока от азота производят в низкотемпературных адсорберах 12, которые криостатируют с по- 40 мощью потока IV жидкого азота. Поток

II продукционного Н с содержанием

Н не ниже 997, выходящий из блока низкотемпературных адсорберов 12, подают в теплообменник 2, в котором 45 охлаждают часть потока I исходной .смеси и по выходу из этого аппарата направляют потребителю под давлением близким к давлению исходной смеси.

Потоки жидкой фракции отводят иэ аппаратов 3 и 10, соединяют и подают на дроссель 5, с помошью которого давление потока снижается до 1,0 МПа.

При этом давлении поток подогревают и частично испаряют в нижней части теплообменника 1. Полученную парожидкостную смесь при Т = 90 К направляют в дополнительный сепаратор 4. Понижение давления этого потока до 1,0 МПа с последующим его подогревом до 90 К позволяет значительную часть водорода, растворившегося в жидких фракциях, которые отводят из аппаратов 3 и 10, перевести в газовую фазу и обогатить жидкую фазу, отводимую из сепаратора 4, азотом до требуемой концентрации. Жидкая фаза, отводимая из сепаратора 4, является потоком V продукционного N Изобретение относится к переработке нефтяного газа и может быть использовано в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности

Источник

Как получают жидкий азот?

Для того чтобы понимать основные критерии оценки качества жидкого азота, нужно хорошо знать, как его получают. Рассмотрим особенности производства, а также методы хранения.

Особенности получения азота

Азот всегда присутствует вокруг нас. Так в земной атмосфере этого газа не менее 75 %, он необходим организму человека для выполнения множества обменных процессов. Высокий процент этого вещества есть в белках, аминокислотах, гемоглобине.

В эпоху активного развития промышленности, азот получали из чилийской селитры. Но с уменьшением количества этого полезного ископаемого человечество использует неисчерпаемые атмосферные запасы.

В одной молекуле газа есть два атома. При этом они очень прочно соединены между собой. Нельзя получить соединение с другими элементами, пока атомная связь не разорвана. Сегодня вы можете купить жидкий азот, который получен из воздуха, доведен до жидкого или газообразного состояния.

Основные области использования азота

Азот очень востребован в промышленности. Он применяется для различных задач — от обработки металлов при высоких температурах до бурения скважин.

Ведется поставка для пищевой промышленности, в которой он применяется для упаковки. Активными заказчиками являются производители систем для пожаротушения, горнодобывающие компании.

Состояния вещества

Прежде чем переходить к рассмотрению того, как производится жидкий азот, нужно уточнить характеристики вещества. Если в процессе изготовления не было допущено нарушения, эти параметры будут соответствовать ГОСТ, а продукт можно будет эффективно использовать для всех поставленных целей.

Состояние для азота при нормальном атмосферном давлении газообразное:

• Нет запаха или цвета.
• Плохо растворяется в воде.
• Не наблюдается реакции с какими-либо химическими веществами, кроме лития.
• В нагретом состоянии значительно увеличивается способность к созданию химических соединений.
• Полная взрыво- и пожаробезопасность.
• Способность не допускать развития гниения, окислительных процессов.
• Отсутствие токсичности.

Покупатели используют газ для разных целей. Чаще всего встречается его соединение с водородом, которое помогает выработать аммиак. Он востребован во многих отраслях промышленности — от производства хладагента до изготовления удобрений.

Чтобы азот стал жидким, его нужно довести до температуры −195,8 °С. Важно учитывать особенность поведения азотно-кислородной смеси во время сильного прогрева. Именно второй элемент начинает быстрее испаряться.

На производстве часто чередуются циклы вскипания и последующего сжижения. Это помогает влиять на состав газов, получать смесь с необходимыми эксплуатационными качествами.

Также применяется свойство перехода газа между состояниями. Если нагреть один литр вещества в жидкой форме, то на выходе можно получить до 700 литров в газообразном варианте. Потому важно обеспечивать правильное хранение в герметичных баллонах без риска нагрева, с изоляцией.

Иногда может потребоваться также переход вещества в твердое состояние. Кристаллизация начинается при охлаждении до −209,86 °С. Полученные кристаллы начинают плавиться при контакте с кислородом.

Как делают жидкий азот

Процесс получения такого вещества в жидком состоянии хорошо отработан и помогает выработать нужный продукт. Рассмотрим основные подходы.

Криогенный метод

Использует в работе атмосферный воздух. В основе подхода лежит его сжижение. Процедура состоит из нескольких 3 этапов:

1. Сжатие в компрессоре до нужного состояния, передача в теплообменники.
2. Поступление в детандер, расширение.
3. Охлаждение, перевод в жидкое состояние.

Разница в температурах позволяет разделить кислород и азот. Для достижения нужной чистоты вещества такую процедуру нужно повторять несколько раз.

Обычно криогенный метод используется, когда нужно получить большой объем продукции. Установки для разделения дорогие, имеют большие размеры. Чтобы разместить их, нужно отыскать большую площадь и подвести коммуникации.

Преимущество технологии заключается в чистоте получаемого вещества. В нем будет минимум примесей. При помощи установок можно также получать кислород и аргон в нужном объеме. Состояния разные — жидкое, газообразное.

Мембранный метод

Достаточно старая, хорошо зарекомендовавшая себя технология. Названа так благодаря использованию специальной мембраны с очень небольшими порами. Когда на нее подается воздух, то он свободно проходит через такую преграду, в то время как азот остается и поступает в накопитель.

У метода есть несколько важных преимуществ:

• Чистота получаемого вещества.
• Высокий уровень энергоэффективности производства.
• Возможность быстрого развертывания процесса изготовления газа.

Установки можно легко разместить на предприятии, они не занимают много места. При этом при изготовлении больших объемов подход обычно оказывается нерентабельным.

Адсорбционный метод

Применение адсорбентов для создания газовых смесей также практикуется многими изготовителями. Подход дает возможность получать большие объемы готового продукта достаточно быстро.

Установка представляет собой две колонны. Вещество, применяемое в работе, есть в каждой их них. Воздух забирается напрямую из атмосферы и сжимается в компрессоре. Давление при этом стабилизируется до нужных показателей в ресивере.

Важно также обеспечить правильную фильтрацию. Она гарантирует, что в готовом продукте не будет различных примесей и загрязнений — от пыли и двуокиси углерода до паров воды, ацетилена, иных веществ, рассеянных в городской воздушной среде.

Когда смесь полностью очищена, наступает процесс адсорбционного разделения. Для этого воздух пропускается через колонну, внутри которой установлены углеродные молекулярные сита. Далее смесь поступает во вторую колонную, где происходит накопление азота в ресивере.

Среди важных преимуществ подобной технологии следующие:

• Чистота получаемой смеси достигает отметки в 99,9995 %.
• Весь процесс обработки занимает мало времени.
• Уровень потребления электроэнергии низкий.
• Процедура автоматизирована, что помогает стабилизировать получение важных показателей.
• Недорогое обслуживание оборудования.
• Качественная очистка воздушной смеси от различных атмосферных примесей.

В процессе большое значение имеет расчет уровня рентабельности. Нужно определить, подойдет ли для вас технология.

Важные характеристики готовой смеси

После того как азот был произведен, остается только охладить его до нужного уровня превращения в жидкость. Далее происходит перекачивание в герметичный баллон, отправка заказчикам.

Главной характеристикой готового продукта является степень чистоты. Она указывает на то, в какой области можно использовать такую смесь, не возникнет ли каких-либо непредвиденных проблем и химических реакций при нагреве, контакте с атмосферным воздухом и различными соединениями.

Хранение жидкого азота и техника безопасности

Хорошо понимая, как образуется жидкий азот, можно сделать выводы о его правильной перевозке, хранении и использовании. Важным требованием является поддержание герметичности тары. Потому баллоны, в которые закачивается смесь, должны регулярно проходить проверку, текущий ремонт и обслуживание.

Наша компания не только занимается продажей, но и проверяет баллоны, обеспечивает быструю перевозку продукции. Для транспортировки используется автотранспорт, в который помещаются цистерны, криогенные сосуды.

Чтобы обеспечить сохранность произведенного вещества, его нужно держать в вакууме. Используется закачивание в сосуды Дьюара с двойными стенками. Внутренняя поверхность проходит серебрение до зеркального состояния — это помогает значительно уменьшить теплопередачу.

Готовый продукт нужно использовать со строгим соблюдением техники безопасности. Лучше не допускать долговременного контакта вещества с незащищенной кожей. Если он все-таки произошел, нужно как можно быстрее промыть пораженную область.

При утечках азот начинает накапливаться на уровне пола. При этом он быстро испаряется, в помещении становится меньше кислорода. Потому если протечка сосуда все-таки произошла, нужно как можно быстрее обеспечить правильное проветривание.

«Тантал-Д» — производитель качественного жидкого азота

Наша компания поставляет большое количество газовых смесей. Вы можете заказать азот любого типа с быстрой доставкой.

Также проверяем баллоны, организуем постоянное снабжение, даем официальные гарантии. Чтобы узнать больше про представленные смеси, условия работы и доставки, оставьте заявку на сайте или звоните.

Источник