小型窒素プラント

PSA窒素の製造では、原料として空気を使用し、吸着剤として炭素モレキュラーシーブを使用します。圧力スイング吸着の原理を利用して、微細孔がたくさんある炭素モレキュラーシーブにガス分子を選択的に吸着させ、98.00%～99.99%の窒素を含む新しい窒素製造技術を獲得しました。

カーボンモレキュラーシーブは硬炭を粉砕し、成形、焼結という一連の加工を経て得られます。活性炭モレキュラーシーブには、その粒子中に無数の微細孔が分布しています。カーボンモレキュラーシーブは高速分離吸着剤です。分子径の小さな酸素分子は、分子径が少し大きい窒素分子よりも運動中に10倍の速さで拡散するため、炭素モレキュラーシーブ層に空気が入ると、分子径の小さな酸素が炭素分子結晶の微細孔に入ります。より速い速度で酸素が炭素分子の固相に濃縮され、窒素が気相に濃縮されて、空気から酸素と窒素が分離されます。炭素モレキュラーシーブによる酸素の平衡吸着量は、吸着圧力が高くなると増加し、圧力が低くなると減少する現象を圧力スイング吸着といいます。より良い吸着効果を得るために、吸着中は空気圧を適切な圧力範囲に制御する必要があります。カーボンモレキュラーシーブベッドに入る空気の圧力が大気圧（0.1MPa）まで減圧されると、カーボンモレキュラーシーブの微細孔に吸着されていた酸素分子が放出され、これを大気圧分析と呼びます。

(1) 空気圧縮機は一般にスクリュー空気圧縮機であり、窒素製造システムの重要な機器です。十分なガス量と比較的一定の生ガス入力圧力 (0.70-0.80 MPa) を提供することは、システムの通常の動作に必要な条件です。したがって、原料ガス中の油分、水分、粉塵の含有量は規制を満足する必要があります。そうしないと、炭素モレキュラーシーブの効率に影響を及ぼし、モレキュラーシーブが汚染されて故障する可能性があります。

(2) 低温乾燥機は空気源浄化工程における水分・油分を除去する重要な設備です。コールドドライヤーによる乾燥後の圧縮空気の水分と油分が基準を満たしていることを確認するために、使用要件に厳密に従って監視および維持する必要があります。

(3) すべてのレベルのフィルターは、吸着システムに入る空気源の品質が基準を満たすように、空気源浄化プロセス中に水、油、固体粒子の除去を達成するために必要な補助装置です。装置が正常に動作しているときは、自動ドレン装置の動作状態とフィルタ入口と出口の両端での圧力降下を定期的にチェックし、フィルタエレメントを定期的に交換して、すべてのレベルのフィルタが正常に動作することを確認する必要があります。 。

(4) 圧力スイング吸着分離システムは窒素製造システムの本体です。システムの稼働中、工場のオペレーターは、検査中に A および B 吸着塔の吸着、均圧圧力、ガス源圧力および窒素出力圧力が正常であるかどうかを観察します。

(5) 電気制御システムは窒素製造システムの指令センターです。通常の生産中、システムは自動状態になります。オペレータは、稼働中の装置上の各プログラムの稼働状況を観察し、必要に応じて各プログラムの稼働時間を問い合わせることができます。

同社は合計 6 台の圧力スイング吸着窒素発生装置を備えており、生産能力はそれぞれ 600 m3/h と 300 m3/h で、窒素純度は 98% 以上に達します。技術的改良により、窒素圧力が0.60 MPaを超えると純度は99%以上に達し、通常の生産に必要な窒素圧力と純度、さらにはオーバーホールやシャットダウンのピーク時の窒素消費量を十分に満たします。窒素発生装置の維持管理の強化と科学的かつ合理的な装置の運用により、モレキュラーシーブの平均交換サイクルは6～7年となっています。運営コストは0.45元/m3です。従来の深冷却方式と比較して、低い運転コスト、低いエネルギー消費、小さな装置設置面積、高い運転安全率、および高度な自動化という利点があります。

圧力スイング吸着窒素製造技術は、依然として塩素アルカリ化学企業にとって窒素を製造する優れた方法です。比較的成熟していますが、まだいくつかの問題があります。たとえば、生産作業で不適切に使用すると、吸着塔内でモレキュラーシーブ中毒が簡単に発生する可能性があります。さらに、モレキュラーシーブは高価であり、モレキュラーシーブの孔径を効果的に制御することができない。したがって、将来の主な研究の方向性は次のとおりです。

(1) 新しい吸着剤の開発。吸着剤の分離性能と強度をさらに向上させるために、カーボンモレキュラーシーブやゼオライトモレキュラーシーブなどの吸着剤に関する詳細な研究が行われます。

(2) 複数の分離プロセスの統合技術の開発。一部の国内企業は、極細中空糸膜法、圧力スイング吸着深冷複合プロセスなどの統合分離技術の開発を開始している。 (3) 制御レベルを向上させ、インテリジェントな制御システムに向けて開発し、最終的には完全な自動運転を実現します。

(4) 基礎理論研究の実施 コンピュータ技術を駆使し、吸着床の数理モデルやコンピュータシミュレーションなどの基礎理論研究、吸着・脱着過程における物質移動・熱伝達則の研究を行う。 ;

(5) 窒素の純度を確保しつつ、吸着剤の使用量を削減し、設備の生産能力を向上させ、窒素回収率を高め、エネルギー消費量を削減します。

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