નાઇટ્રોજન શ્રેણી (II) નાઇટ્રોજનની તૈયારી

નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ઉત્પાદકો - ચાઇના નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ફેક્ટરી અને સપ્લાયર્સ (xinfatools.com)

નાઇટ્રોજન એ હવાનો મુખ્ય ઘટક છે, જે લગભગ 78% હવાનો હિસ્સો ધરાવે છે. એલિમેન્ટલ નાઇટ્રોજન N2 એ સામાન્ય સ્થિતિમાં રંગહીન અને ગંધહીન ગેસ છે. પ્રમાણભૂત સ્થિતિમાં ગેસની ઘનતા 1.25 g/L છે. ગલનબિંદુ -210℃ અને ઉત્કલન બિંદુ -196℃ છે. લિક્વિડ નાઇટ્રોજન એ નીચા તાપમાને રેફ્રિજન્ટ (-196℃) છે.

આજે આપણે દેશ-વિદેશમાં નાઈટ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટેની કેટલીક મુખ્ય પદ્ધતિઓ રજૂ કરીશું.

ત્રણ સામાન્ય ઔદ્યોગિક-સ્કેલ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ છે: ક્રાયોજેનિક હવા વિભાજન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન, દબાણ સ્વિંગ શોષણ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન, અને પટલ અલગ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન.

પ્રથમ: ક્રાયોજેનિક હવા વિભાજન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પદ્ધતિ

ક્રાયોજેનિક હવા વિભાજન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન એ પરંપરાગત નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પદ્ધતિ છે જેનો ઇતિહાસ લગભગ કેટલાક દાયકાઓનો છે. તે કાચા માલ તરીકે હવાનો ઉપયોગ કરે છે, તેને સંકુચિત કરે છે અને શુદ્ધ કરે છે, અને પછી પ્રવાહી હવામાં હવાને પ્રવાહી બનાવવા માટે હીટ એક્સચેન્જનો ઉપયોગ કરે છે. પ્રવાહી હવા મુખ્યત્વે પ્રવાહી ઓક્સિજન અને પ્રવાહી નાઇટ્રોજનનું મિશ્રણ છે. પ્રવાહી ઓક્સિજન અને પ્રવાહી નાઇટ્રોજનના વિવિધ ઉત્કલન બિંદુઓનો ઉપયોગ નાઇટ્રોજન મેળવવા માટે પ્રવાહી હવાના નિસ્યંદન દ્વારા તેમને અલગ કરવા માટે થાય છે.

ફાયદા: મોટા ગેસનું ઉત્પાદન અને ઉત્પાદન નાઇટ્રોજનની ઉચ્ચ શુદ્ધતા. ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન માત્ર નાઇટ્રોજન જ નહીં પરંતુ પ્રવાહી નાઇટ્રોજન પણ ઉત્પન્ન કરી શકે છે, જે પ્રવાહી નાઇટ્રોજનની પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે અને તેને પ્રવાહી નાઇટ્રોજન સંગ્રહ ટાંકીમાં સંગ્રહિત કરી શકાય છે. જ્યારે તૂટક તૂટક નાઇટ્રોજન લોડ થાય છે અથવા હવા વિભાજનના સાધનોની નાની સમારકામ થાય છે, ત્યારે સંગ્રહ ટાંકીમાં પ્રવાહી નાઇટ્રોજન વેપોરાઇઝરમાં પ્રવેશે છે અને ગરમ થાય છે, અને પછી પ્રક્રિયા એકમની નાઇટ્રોજન માંગને પહોંચી વળવા ઉત્પાદન નાઇટ્રોજન પાઇપલાઇનમાં મોકલવામાં આવે છે. ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનનું સંચાલન ચક્ર (બે મોટા હીટિંગ વચ્ચેના અંતરાલને સંદર્ભિત કરે છે) સામાન્ય રીતે 1 વર્ષથી વધુ હોય છે, તેથી ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનને સામાન્ય રીતે સ્ટેન્ડબાય તરીકે ગણવામાં આવતું નથી.

ગેરફાયદા: ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ≧99.999% ની શુદ્ધતા સાથે નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરી શકે છે, પરંતુ નાઇટ્રોજનની શુદ્ધતા નાઇટ્રોજન લોડ, ટ્રેની સંખ્યા, ટ્રેની કાર્યક્ષમતા અને પ્રવાહી હવામાં ઓક્સિજન શુદ્ધતા દ્વારા મર્યાદિત છે, અને ગોઠવણની શ્રેણી ખૂબ નાની છે. તેથી, ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન સાધનોના સમૂહ માટે, ઉત્પાદનની શુદ્ધતા મૂળભૂત રીતે ચોક્કસ અને સમાયોજિત કરવામાં અસુવિધાજનક છે. ક્રાયોજેનિક પદ્ધતિ અત્યંત નીચા તાપમાને હાથ ધરવામાં આવતી હોવાથી, સાધનસામગ્રીને સામાન્ય કામગીરીમાં મૂકવામાં આવે તે પહેલાં પ્રી-કૂલિંગ સ્ટાર્ટ-અપ પ્રક્રિયા હોવી આવશ્યક છે. સ્ટાર્ટ-અપ સમય, એટલે કે, વિસ્તરણની શરૂઆતથી સમય જ્યારે નાઇટ્રોજન શુદ્ધતા જરૂરિયાત સુધી પહોંચે છે, તે સમય સામાન્ય રીતે 12 કલાકથી ઓછો નથી; સાધનસામગ્રી ઓવરહોલમાં પ્રવેશે તે પહેલાં, તેમાં ગરમ ​​થવાનો અને પીગળવાનો સમયગાળો હોવો જોઈએ, સામાન્ય રીતે 24 કલાક. તેથી, ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનના સાધનોને વારંવાર શરૂ અને બંધ ન કરવા જોઈએ, અને લાંબા સમય સુધી સતત ચલાવવાની સલાહ આપવામાં આવે છે.

વધુમાં, ક્રાયોજેનિક પ્રક્રિયા જટિલ છે, વિશાળ વિસ્તાર ધરાવે છે, ઉચ્ચ માળખાકીય ખર્ચ ધરાવે છે, ખાસ જાળવણી દળોની જરૂર છે, મોટી સંખ્યામાં ઓપરેટરો છે અને ધીમે ધીમે (18 થી 24 કલાક) ગેસ ઉત્પન્ન કરે છે. તે મોટા પાયે ઔદ્યોગિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન માટે યોગ્ય છે.

બીજું: પ્રેશર સ્વિંગ એડસોર્પ્શન (પીએસએ) નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પદ્ધતિ

પ્રેશર સ્વિંગ એડસોર્પ્શન (પીએસએ) ગેસ સેપરેશન ટેકનોલોજી એ નોન-ક્રાયોજેનિક ગેસ સેપરેશન ટેકનોલોજીની એક મહત્વપૂર્ણ શાખા છે. તે ક્રાયોજેનિક પદ્ધતિ કરતાં સરળ હવા વિભાજન પદ્ધતિ શોધવાના લોકોના લાંબા ગાળાના પ્રયત્નોનું પરિણામ છે.

1970 ના દાયકામાં, પશ્ચિમ જર્મન એસેન માઇનિંગ કંપનીએ સફળતાપૂર્વક કાર્બન મોલેક્યુલર ચાળણી વિકસાવી, PSA હવા વિભાજન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનના ઔદ્યોગિકીકરણનો માર્ગ મોકળો કર્યો. છેલ્લા 30 વર્ષોમાં, આ ટેક્નોલોજી ઝડપથી વિકસિત અને પરિપક્વ થઈ છે. તે નાના અને મધ્યમ કદના નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનના ક્ષેત્રમાં ક્રાયોજેનિક હવાના વિભાજનની મજબૂત હરીફ બની છે.

પ્રેશર સ્વિંગ શોષણ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન કાચા માલ તરીકે હવા અને શોષક તરીકે કાર્બન મોલેક્યુલર ચાળણીનો ઉપયોગ કરે છે. તે હવામાં ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજનના કાર્બન મોલેક્યુલર ચાળણીની પસંદગીયુક્ત શોષણની લાક્ષણિકતાઓનો ઉપયોગ કરે છે, અને ઓરડાના તાપમાને ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજનને અલગ કરવા માટે દબાણ સ્વિંગ શોષણ (દબાણ શોષણ, દબાણ ઘટાડાની ડીસોર્પ્શન અને મોલેક્યુલર સિવ રિજનરેશન) ના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરે છે.

ક્રાયોજેનિક હવા વિભાજન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન સાથે સરખામણીમાં, દબાણ સ્વિંગ શોષણ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન નોંધપાત્ર ફાયદા ધરાવે છે: શોષણ વિભાજન ઓરડાના તાપમાને હાથ ધરવામાં આવે છે, પ્રક્રિયા સરળ છે, સાધન કોમ્પેક્ટ છે, ફૂટપ્રિન્ટ નાની છે, તેને શરૂ કરવું અને બંધ કરવું સરળ છે, તે ઝડપથી શરૂ થાય છે, ગેસનું ઉત્પાદન ઝડપી છે (સામાન્ય રીતે લગભગ 30 મિનિટ), ઉર્જાનો વપરાશ ઓછો છે, સંચાલન ખર્ચ ઓછો છે, ઓટોમેશનની ડિગ્રી વધારે છે, ઓપરેશન અને જાળવણી અનુકૂળ છે, સ્કિડ ઇન્સ્ટોલેશન અનુકૂળ છે, કોઈ ખાસ પાયો નથી આવશ્યક છે, ઉત્પાદન નાઇટ્રોજન શુદ્ધતા ચોક્કસ શ્રેણીમાં ગોઠવી શકાય છે, અને નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ≤3000Nm3/h છે. તેથી, દબાણ સ્વિંગ શોષણ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ખાસ કરીને તૂટક તૂટક કામગીરી માટે યોગ્ય છે.

જો કે, અત્યાર સુધી, સ્થાનિક અને વિદેશી સમકક્ષો PSA નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન તકનીકનો ઉપયોગ કરીને માત્ર 99.9% (એટલે ​​કે, O2≤0.1%) ની શુદ્ધતા સાથે નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરી શકે છે. કેટલીક કંપનીઓ 99.99% શુદ્ધ નાઇટ્રોજન (O2≤0.01%) ઉત્પન્ન કરી શકે છે. PSA નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન તકનીકના પરિપ્રેક્ષ્યમાં ઉચ્ચ શુદ્ધતા શક્ય છે, પરંતુ ઉત્પાદન ખર્ચ ખૂબ વધારે છે અને વપરાશકર્તાઓ તેને સ્વીકારે તેવી શક્યતા નથી. તેથી, ઉચ્ચ-શુદ્ધતા નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે PSA નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન તકનીકનો ઉપયોગ પણ પોસ્ટ-સ્ટેજ શુદ્ધિકરણ ઉપકરણ ઉમેરવું આવશ્યક છે.

નાઇટ્રોજન શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિ (ઔદ્યોગિક સ્કેલ)

(1) હાઇડ્રોજનેશન ડીઓક્સિજનેશન પદ્ધતિ.

ઉત્પ્રેરકની ક્રિયા હેઠળ, નાઇટ્રોજનમાં રહેલો શેષ ઓક્સિજન પાણી ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉમેરાયેલા હાઇડ્રોજન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, અને પ્રતિક્રિયા સૂત્ર છે: 2H2 + O2 = 2H2O. પછી, પાણીને ઉચ્ચ દબાણવાળા નાઇટ્રોજન કોમ્પ્રેસર બૂસ્ટર દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે, અને નીચેના મુખ્ય ઘટકો સાથે ઉચ્ચ શુદ્ધતા નાઇટ્રોજન સૂકવણી પછી મેળવવામાં આવે છે: N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10.7×10-6. નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનની કિંમત લગભગ 0.5 યુઆન/m3 છે.

(2) હાઇડ્રોજનેશન અને ડીઓક્સિજનેશન પદ્ધતિ.

આ પદ્ધતિને ત્રણ તબક્કામાં વહેંચવામાં આવી છે: પ્રથમ તબક્કો હાઇડ્રોજનેશન અને ડીઓક્સિજનેશન છે, બીજો તબક્કો ડિહાઇડ્રોજનેશન છે, અને ત્રીજો તબક્કો પાણી દૂર કરવાનો છે. નીચેની રચના સાથે ઉચ્ચ-શુદ્ધતા નાઇટ્રોજન પ્રાપ્ત થાય છે: N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6. નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનની કિંમત લગભગ 0.6 યુઆન/m3 છે.

(3) કાર્બન ડીઓક્સિજનેશન પદ્ધતિ.

કાર્બન-સમર્થિત ઉત્પ્રેરકની ક્રિયા હેઠળ (ચોક્કસ તાપમાને), સામાન્ય નાઇટ્રોજનમાં રહેલો ઓક્સિજન CO2 ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉત્પ્રેરક દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવેલ કાર્બન સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે. પ્રતિક્રિયા સૂત્ર: C + O2 = CO2. CO2 અને H2O ને દૂર કરવાના અનુગામી તબક્કા પછી, નીચેની રચના સાથે ઉચ્ચ-શુદ્ધતા નાઇટ્રોજન પ્રાપ્ત થાય છે: N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10. નાઇટ્રોજન ઉત્પાદનની કિંમત લગભગ 0.6 યુઆન/m3 છે.

ત્રીજું: પટલ અલગ અને હવા અલગ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન

પટલનું વિભાજન અને હવાનું વિભાજન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પણ બિન-ક્રાયોજેનિક નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ટેકનોલોજીની નવી શાખા છે. તે એક નવી નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પદ્ધતિ છે જે 1980 ના દાયકામાં વિદેશમાં ઝડપથી વિકસિત થઈ હતી. તાજેતરના વર્ષોમાં ચીનમાં તેનો પ્રચાર અને ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.

પટલ અલગ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન કાચા માલ તરીકે હવા વાપરે છે. ચોક્કસ દબાણ હેઠળ, તે હોલો ફાઇબર મેમ્બ્રેનમાં ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજનના વિવિધ પ્રવેશ દરોનો ઉપયોગ નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજનને અલગ કરવા માટે કરે છે. ઉપરોક્ત બે નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન પદ્ધતિઓની તુલનામાં, તેમાં સરળ સાધનોનું માળખું, નાનું વોલ્યુમ, કોઈ સ્વિચિંગ વાલ્વ, સરળ કામગીરી અને જાળવણી, ઝડપી ગેસ ઉત્પાદન (3 મિનિટની અંદર), અને વધુ અનુકૂળ ક્ષમતા વિસ્તરણની લાક્ષણિકતાઓ છે.

જો કે, હોલો ફાઇબર પટલમાં સંકુચિત હવાની સ્વચ્છતા પર સખત જરૂરિયાતો હોય છે. પટલ વૃદ્ધત્વ અને નિષ્ફળતાની સંભાવના ધરાવે છે, અને સમારકામ મુશ્કેલ છે. નવી પટલ બદલવાની જરૂર છે.

મેમ્બ્રેન સેપરેશન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ≤98% ની નાઇટ્રોજન શુદ્ધતા જરૂરિયાતો સાથે નાના અને મધ્યમ કદના વપરાશકર્તાઓ માટે વધુ યોગ્ય છે, અને આ સમયે શ્રેષ્ઠ કાર્ય-કિંમત ગુણોત્તર ધરાવે છે; જ્યારે નાઇટ્રોજન શુદ્ધતા 98% કરતા વધારે હોવી જરૂરી છે, ત્યારે તે સમાન સ્પષ્ટીકરણના પ્રેશર સ્વિંગ શોષણ નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન ઉપકરણ કરતાં લગભગ 30% વધારે છે. તેથી, જ્યારે મેમ્બ્રેન સેપરેશન નાઇટ્રોજન ઉત્પાદન અને નાઇટ્રોજન શુદ્ધિકરણ ઉપકરણોને જોડીને ઉચ્ચ-શુદ્ધતા નાઇટ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવામાં આવે છે, ત્યારે સામાન્ય નાઇટ્રોજનની શુદ્ધતા સામાન્ય રીતે 98% હોય છે, જે શુદ્ધિકરણ ઉપકરણની ઉત્પાદન કિંમત અને ઓપરેશન ખર્ચમાં વધારો કરશે.