La production d’azote par séparation cryogénique de l’air est une méthode traditionnelle de production d’azote avec une histoire de plusieurs décennies. Il utilise l'air comme matière première, le comprime et le purifie, puis utilise l'échange thermique pour liquéfier l'air en air liquide. L'air liquide est principalement un mélange d'oxygène liquide et d'azote liquide. En utilisant les différents points d’ébullition de l’oxygène liquide et de l’azote liquide, l’azote est obtenu en les séparant par distillation de l’air liquide.
Déroulement typique du processus
L'ensemble du processus comprend la compression et la purification de l'air, la séparation de l'air et la vaporisation de l'azote liquide.
1. Compression et purification de l'air
Une fois que l'air est nettoyé de la poussière et des impuretés mécaniques par le filtre à air, il entre dans le compresseur d'air, est comprimé à la pression requise, puis envoyé au refroidisseur d'air pour réduire la température de l'air. Ensuite, il entre dans le purificateur de séchage d'air pour éliminer l'humidité, le dioxyde de carbone, l'acétylène et autres hydrocarbures présents dans l'air.
2. Séparation de l'air
L'air purifié pénètre dans l'échangeur de chaleur principal de la tour de séparation d'air, est refroidi jusqu'à la température de saturation par le gaz de reflux (azote produit, gaz résiduaires) et est envoyé au fond de la tour de distillation. L'azote est obtenu au sommet de la tour, et l'air liquide est étranglé et envoyé. Il entre dans l'évaporateur de condensation pour s'évaporer, et en même temps, une partie de l'azote envoyé par la tour de rectification est condensée. Une partie de l'azote liquide condensé est utilisée comme liquide de reflux de la tour de rectification, et l'autre partie est utilisée comme produit d'azote liquide et quitte la tour de séparation d'air.
Les gaz d'échappement de l'évaporateur de condensation sont réchauffés à environ 130 K par l'échangeur de chaleur principal et entrent dans le détendeur pour expansion et réfrigération afin de fournir une capacité de refroidissement à la tour de séparation d'air. Une partie du gaz détendu est utilisée pour la régénération et le refroidissement du tamis moléculaire, puis est évacuée à travers le silencieux. atmosphère.
3. Vaporisation d'azote liquide
L'azote liquide provenant de la tour de séparation d'air est stocké dans le réservoir de stockage d'azote liquide. Lorsque l'équipement de séparation de l'air est inspecté, l'azote liquide contenu dans le réservoir de stockage entre dans le vaporisateur et est chauffé avant d'être envoyé vers le pipeline d'azote produit.
La production d'azote cryogénique peut produire de l'azote d'une pureté ≧99,999 %.
pureté
La production d'azote cryogénique peut produire de l'azote d'une pureté ≧99,999 %. La pureté de l'azote est limitée par la charge d'azote, le nombre de plateaux, l'efficacité des plateaux et la pureté de l'oxygène dans l'air liquide, etc., et la plage de réglage est petite.
Par conséquent, pour un ensemble d’équipements de production d’azote cryogénique, la pureté du produit est fondamentalement certaine et il est difficile de l’ajuster.
Principaux équipements inclus dans le dispositif générateur d'azote cryogénique
1. Filtration de l'air
Afin de réduire l'usure de la surface mobile mécanique à l'intérieur du compresseur d'air et d'assurer la qualité de l'air, avant que l'air n'entre dans le compresseur d'air, il doit d'abord traverser le filtre à air pour éliminer la poussière et autres impuretés qu'il contient. L'admission d'air des compresseurs d'air utilise principalement des filtres à gros rendement ou des filtres à rendement moyen.
2. Compresseur d'air
Selon le principe de fonctionnement, les compresseurs d'air peuvent être divisés en deux catégories : volumétriques et rapides. Les compresseurs d'air utilisent principalement des compresseurs d'air à pistons alternatifs, des compresseurs d'air centrifuges et des compresseurs d'air à vis.
3. Refroidisseur d'air
Il est utilisé pour réduire la température de l'air comprimé avant d'entrer dans le purificateur de séchage d'air et la tour de séparation d'air, pour éviter de grandes fluctuations de température entrant dans la tour et peut précipiter la majeure partie de l'humidité dans l'air comprimé. Refroidisseurs d'eau à l'azote (composés de tours de refroidissement à eau et de tours de refroidissement à air : la tour de refroidissement à eau utilise les gaz résiduaires de la tour de séparation d'air pour refroidir l'eau en circulation, et la tour de refroidissement à air utilise l'eau en circulation de la tour de refroidissement à eau pour refroidir le air), refroidisseur d'air au fréon.
4. Sécheur d'air et purificateur
L'air comprimé contient encore une certaine quantité d'humidité, de dioxyde de carbone, d'acétylène et d'autres hydrocarbures après avoir traversé le refroidisseur d'air. L'humidité gelée et le dioxyde de carbone déposés dans la tour de séparation d'air bloqueront les canaux, les tuyaux et les vannes. L'acétylène s'accumule dans l'oxygène liquide et il existe un risque d'explosion. La poussière usera les machines en fonctionnement. Afin de garantir le fonctionnement sûr à long terme de l’unité de séparation d’air, un équipement de purification spécial doit être mis en place pour éliminer ces impuretés. Les méthodes de purification de l’air les plus courantes sont l’adsorption et la congélation. La méthode d’adsorption sur tamis moléculaire est largement utilisée dans les générateurs d’azote de petite et moyenne taille en Chine.
5. Tour de séparation d'air
La tour de séparation d'air comprend principalement l'échangeur de chaleur principal, le liquéfacteur, la tour de distillation, l'évaporateur à condensation, etc. L'échangeur de chaleur principal, l'évaporateur à condensation et le liquéfacteur sont des échangeurs de chaleur à plaques déformées. Il s'agit d'un nouveau type d'échangeur de chaleur à cloison combinée avec une structure métallique entièrement en aluminium. La différence de température moyenne est très faible et l'efficacité de l'échange thermique atteint 98 à 99 %. La tour de distillation est un équipement de séparation d'air. Les types d'équipements de tour sont divisés en fonction des pièces internes. Une tour à plaques de tamis avec une plaque de tamis est appelée tour à plaques de tamis, une tour à capsules à bulles avec une plaque à capsules à bulles est appelée une tour à capsules à bulles et une tour garnie avec un emballage empilé est appelée une tour à plaques de tamis. La plaque de tamis a une structure simple, est facile à fabriquer et a une efficacité de plaque élevée, elle est donc largement utilisée dans les tours de distillation par fractionnement d'air. Les tours à garnissage sont principalement utilisées pour les tours de distillation d'un diamètre inférieur à 0,8 m et d'une hauteur ne dépassant pas 7 m. Les tours à capsules à bulles sont désormais rarement utilisées en raison de leur structure complexe et des difficultés de fabrication.
6. Turbodétendeur
Il s'agit d'une machine à pales rotatives utilisée par les générateurs d'azote pour générer de l'énergie froide. Il s'agit d'une turbine à gaz utilisée dans des conditions de basse température. Les turbodétendeurs sont divisés en type à flux axial, type à flux radial centripète et type à flux radial centripète en fonction de la direction d'écoulement du gaz dans la roue ; selon que le gaz continue de se dilater dans la turbine, il est divisé en type de contre-attaque et type d'impact. L’expansion continue est du type contre-attaque. type, il ne continue pas à s’étendre et devient un type à impact. Les détendeurs de turbine à impact à flux axial radial à un étage sont largement utilisés dans les équipements de séparation d'air. Le générateur d'azote cryogénique par séparation d'air présente un équipement complexe, une grande surface, des coûts d'infrastructure élevés, un investissement ponctuel élevé dans l'équipement, des coûts d'exploitation élevés, une production de gaz lente (12 à 24 heures), des exigences d'installation élevées et un long cycle. En tenant compte des facteurs d'équipement, d'installation et d'infrastructure, l'échelle d'investissement des équipements PSA avec les mêmes spécifications pour les équipements inférieurs à 3 500 Nm3/h est de 20 % à 50 % inférieure à celle des équipements de séparation d'air cryogénique. Le dispositif générateur d'azote cryogénique convient à la production industrielle d'azote à grande échelle, mais la production d'azote à moyenne et petite échelle n'est pas rentable.
Heure de publication : 27 février 2024