과학기술의 진보와 경제발전에 따라 질소의 활용범위가 나날이 확대되고 있으며, 많은 산업분야와 일상생활에 침투하고 있습니다.
질소 생산 제조업체 - 중국 질소 생산 공장 및 공급업체(xinfatools.com)
질소는 공기의 주성분으로 공기의 약 78%를 차지합니다. 원소 질소 N2는 정상적인 조건에서 무색, 무취의 가스입니다. 표준 상태의 가스 밀도는 1.25g/L입니다. 녹는점은 -210℃, 끓는점은 -196℃이다. 액체질소는 저온(-196℃)의 냉매입니다.
오늘은 국내외에서 질소를 생산하는 몇 가지 주요 방법을 소개하겠습니다.
일반적인 산업 규모의 질소 생산 방법에는 극저온 공기 분리 질소 생산, 압력 변동 흡착 질소 생산, 막 분리 질소 생산의 세 가지가 있습니다.
첫째 : 극저온 공기 분리 질소 생산 방법
극저온 공기 분리 질소 생산은 거의 수십 년의 역사를 지닌 전통적인 질소 생산 방법입니다. 공기를 원료로 사용하여 압축, 정제한 후 열교환을 통해 공기를 액화하여 액체 공기로 만드는 방식입니다. 액체 공기는 주로 액체 산소와 액체 질소의 혼합물입니다. 액체 산소와 액체 질소의 서로 다른 끓는점을 사용하여 액체 공기의 증류를 통해 분리하여 질소를 얻습니다.
장점: 대규모 가스 생산 및 제품 질소 순도가 높습니다. 극저온 질소 생산은 질소뿐만 아니라 액체 질소도 생산할 수 있으며, 이는 액체 질소의 공정 요구 사항을 충족하고 액체 질소 저장 탱크에 저장할 수 있습니다. 간헐적인 질소 부하가 있거나 공기 분리 장비의 사소한 수리가 있는 경우 저장 탱크의 액체 질소가 기화기로 들어가 가열된 다음 제품 질소 파이프라인으로 보내져 공정 장치의 질소 수요를 충족합니다. 극저온 질소 생산의 운영 주기(두 번의 대규모 가열 사이의 간격을 나타냄)는 일반적으로 1년 이상이므로 일반적으로 극저온 질소 생산은 대기로 간주되지 않습니다.
단점: 극저온 질소 생산은 순도 ≥99.999%의 질소를 생산할 수 있지만, 질소 순도는 질소 부하, 트레이 수, 트레이 효율성 및 액체 공기의 산소 순도에 의해 제한되며 조정 범위가 매우 작습니다. 따라서 일련의 극저온 질소 생산 장비의 경우 제품 순도는 기본적으로 확실하고 조정이 불편합니다. 극저온 방식은 극저온에서 진행되기 때문에 장비를 정상 가동하기 전 사전 냉각 시동 과정을 거쳐야 한다. 시동 시간, 즉 팽창기 시작부터 질소 순도가 요구 사항에 도달할 때까지의 시간은 일반적으로 12시간 이상입니다. 장비가 정밀 검사에 들어가기 전에 일반적으로 24시간의 가열 및 해동 시간이 있어야 합니다. 따라서 극저온 질소 생산 설비는 빈번하게 기동 및 정지해서는 안 되며, 장기간 연속적으로 운전하는 것이 바람직합니다.
또한, 극저온 공정은 복잡하고, 넓은 면적을 차지하며, 인프라 비용이 높고, 특별한 유지 관리 인력이 필요하며, 작업자 수가 많고, 가스 생산 속도가 느리다(18~24시간). 대규모 산업 질소 생산에 적합합니다.
두 번째: 압력 변동 흡착(PSA) 질소 생산 방법
PSA(압력 변동 흡착) 가스 분리 기술은 비극저온 가스 분리 기술의 중요한 분야입니다. 이는 극저온 방식보다 간단한 공기 분리 방식을 찾기 위한 사람들의 오랜 노력의 결과다.
1970년대에는 서독의 Essen Mining Company가 탄소 분자체를 성공적으로 개발하여 PSA 공기 분리 질소 생산 산업화의 길을 열었습니다. 지난 30년 동안 이 기술은 빠르게 발전하고 성숙해졌습니다. 중소형 질소 생산 분야에서 극저온 공기 분리의 강력한 경쟁자가 되었습니다.
압력 변동 흡착 질소 생산은 공기를 원료로 사용하고 탄소 분자체를 흡착제로 사용합니다. 이는 탄소 분자체가 공기 중 산소와 질소를 선택적으로 흡착하는 특성을 이용하고 압력 변동 흡착(압력 흡착, 감압 탈착 및 분자체 재생) 원리를 사용하여 실온에서 산소와 질소를 분리하여 질소를 생성합니다.
극저온 공기 분리 질소 생산과 비교하여 압력 변동 흡착 질소 생산은 상당한 이점을 가지고 있습니다. 흡착 분리는 실온에서 수행되고 공정이 간단하며 장비가 작고 설치 공간이 작으며 시작 및 중지가 쉽습니다. 빠르게 시작하고, 가스 생산이 빠르며(일반적으로 약 30분), 에너지 소비가 적고, 운영 비용이 낮고, 자동화 수준이 높고, 운영 및 유지 관리가 편리하고, 스키드 설치가 편리하고, 특별한 기초가 없습니다. 필요한 경우 제품 질소 순도를 특정 범위 내에서 조정할 수 있으며 질소 생산량은 3000Nm3/h 이하입니다. 따라서 압력 변동 흡착 질소 생산은 간헐적인 작동에 특히 적합합니다.
그러나 현재까지 국내외 업체들은 PSA 질소 생산 기술을 이용해 순도 99.9%(즉, O2≤0.1%)의 질소만을 생산할 수 있다. 일부 회사에서는 99.99% 순도의 질소(O2≤0.01%)를 생산할 수 있습니다. PSA 질소 생산 기술 관점에서 보면 더 높은 순도도 가능하지만, 생산 비용이 너무 높아 사용자들이 받아들이기 쉽지 않습니다. 따라서 PSA 질소 생산 기술을 사용하여 고순도 질소를 생산하려면 후단계 정화 장치도 추가해야 합니다.
질소 정화 방법(산업 규모)
(1) 수소화 탈산소화 방법.
촉매의 작용으로 질소 중의 잔류 산소가 첨가된 수소와 반응하여 물을 생성하며, 반응식은 2H2 + O2 = 2H2O입니다. 그런 다음 고압 질소 압축기 부스터로 물을 제거하고 후 건조를 통해 다음과 같은 주요 구성 요소를 포함하는 고순도 질소를 얻습니다. N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6, H2O≤10.7×10-6. 질소 생산 비용은 약 0.5위안/m3이다.
(2) 수소화 및 탈산소화 방법.
이 방법은 세 단계로 나누어진다. 첫 번째 단계는 수소화 및 탈산소화, 두 번째 단계는 탈수소화, 세 번째 단계는 수분 제거이다. N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, H2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6 조성의 고순도 질소가 얻어집니다. 질소 생산 비용은 약 0.6위안/m3이다.
(3) 탄소 탈산소화 방법.
특정 온도에서 탄소 담지 촉매의 작용에 따라 일반 질소에 남아 있는 잔류 산소는 촉매 자체에서 제공하는 탄소와 반응하여 CO2를 생성합니다. 반응식: C + O2 = CO2. CO2와 H2O를 제거하는 후속 단계 후에는 N2 ≥ 99.999%, O2 ≤ 5 × 10-6, CO2 ≤ 5 × 10-6, H2O ≤ 10.7 × 10-6 조성의 고순도 질소가 얻어집니다. 질소 생산 비용은 약 0.6위안/m3이다.
셋째 : 막 분리 및 공기 분리 질소 생산
막 분리 및 공기 분리 질소 생산은 또한 비극저온 질소 생산 기술의 새로운 분야입니다. 1980년대 해외에서 급속히 발전한 새로운 질소 생산 방식이다. 최근 몇 년 동안 중국에서 홍보되고 적용되었습니다.
막 분리 질소 생산은 공기를 원료로 사용합니다. 특정 압력 하에서 중공사막 내 산소와 질소의 서로 다른 투과율을 사용하여 산소와 질소를 분리하여 질소를 생성합니다. 위의 두 가지 질소 생산 방식에 비해 장비 구조가 단순하고 부피가 작으며 전환 밸브가 없고 작동 및 유지 관리가 간단하며 가스 생산 속도가 빠르고(3분 이내) 용량 확장이 편리한 특징을 가지고 있습니다.
그러나 중공사막은 압축 공기의 청정도에 대한 요구 사항이 더 엄격합니다. 멤브레인은 노후화되고 파손되기 쉬우며 수리가 어렵습니다. 새로운 멤브레인을 교체해야 합니다.
막 분리 질소 생산은 질소 순도 요구 사항이 98% 이하인 중소 규모 사용자에게 더 적합하며 현재 최고의 기능 가격 비율을 가지고 있습니다. 질소 순도가 98%보다 높아야 하는 경우에는 동일한 사양의 압력 변동 흡착 질소 생산 장치보다 약 30% 더 높습니다. 따라서 막분리 질소제조장치와 질소정화장치를 결합하여 고순도 질소를 생산할 경우, 일반질소의 순도는 일반적으로 98%로, 이로 인해 정제장치의 생산원가 및 운영비가 증가하게 된다.
게시 시간: 2024년 7월 24일
