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变压吸附制氮
变压吸附(Pressure Swing Adsorption,简称PSA)气体分离技术是非低温气体分离技术的重要分支,是人们长期来努力寻找比深冷法更简单的空分方法的结果。七十年代西德埃森矿业公司成功开发了碳分子筛,为PSA空分制氮工业化铺平了道路。三十年来该技术发展很快,技术日趋成熟,在中小型制氮领域已成为深冷空分的强有力的竞争对手。
变压吸附制氮是以空气为原料,用碳分子筛作吸附剂,利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择吸附的特性,运用变压吸附原理(加压吸附,减压解吸并使分子筛再生)而在常温使氧和氮分离制取氮气。
变压吸附制氮与深冷空分制氮相比,具有***的特点:吸附分离是在常温下进行,工艺简单,设备紧凑,高纯氮,占地面积小,开停方便,启动迅速,产气快(一般在30min左右),能耗小,运行成本低,自动化程度高,操作维护方便,撬装方便,无须专门基础,产品氮纯度可在一定范围内调节,产氮量≤2000Nm3/h。但到2017年为止,除美国空气用品公司用PSA制氮技术,无须后级纯化能工业化生产纯度≥99.999%的高纯氮外(进口价格很高)。
寿光市雄风气体有限公司成立于2001年,注册地为寿光市菜都路北首,注册资本壹仟万元,现有职工壹佰余人,拥有分公司两处,羊口工业园区正在规划建设中。经营范围:生产、销售:溶解乙炔80m3/h,带有储存设施的经营:无储存:氢【压缩的】、氢气和甲烷混合物【压缩的】、硫化氢【液化的】、正丁烷、异丁烷、丙烯、石油气【液化的】(限于工业生产原料等非燃料用途)、一氧化碳、甲烷【液化的】、天然气【含甲烷的、压缩的】、(限于工业生产原料等非燃料用途)、丙烷、(二)甲醚、氦【压缩的】、一氧化二氮【压缩的】、六氟化硫、氯化氢【无水】、稀有气体混合物,如:氦氖混合物、稀有气体和氧气混合物、稀有气体和氮气混合物、二氧化碳和氧气混合物、二氧化碳和一氧化二氮混合物、二氧化碳和环氧乙烷混合物【含环氧乙烷≤6%】、氨【液化的,含氨>50%】;有储存:氧【液化的】、氧【压缩的】、二氧化碳【液化的】、氩【压缩的】、氩【液化的】、氮【压缩的】、氮【液化的】(有效期限以许可证为准);销售:五金产品、金属切割及焊接设备;石油天然气(海洋石油)工程设计服务;清洁服务;石油、天然气开采技术咨询服务;消防报警系统监控服务;消防设施工程专项设计服务;承揽:管道工程、工矿工程建筑、消防设备安装;经营允许范围内的货物与技术的进出口业务(依法须经批准的项目,经相关部门批准后方可经营活动)。 雄风气体通过运用先进/成熟的技术,拥有一支该领域具有丰富从业经验的**团队,为客户提供比较好质的气体供应解决方案。我们会根据您对气体用量,压力和纯度的要求量身定制方案。 公司具备丰富的非压力容器、压力管道的设计、安装及维护的经验,并在寿光地区已成功安装多例。 本公司始终坚持“以质量争市场,向管理要效益”的方针,以先进的生产工艺,齐全的检测手段竭诚为客户服务。 未来,雄风将***提升综合实力,致力于成为中国工业气体的重要参与者。为使用我们气体服务的各行各业的发展创造价值。
人类能够有效利用氮气的主要途径是合成氨,但要求条件很高。近年来,人们在竭力弄清植物固氮的机理,争取用化学的方法模拟生物固氮,来实现当温和条件下开发利用空气中的氮资源。氮主要用于合成氨,反应式为 ( 条件为高压,高温、和催化剂。反应为可逆反应)还是合成纤维(锦纶、腈纶),合成树脂,合成橡胶等的重要原料。 氮是一种营养元素还可以用来制作化肥。例如:碳酸氢铵NH4HCO3,氯化铵NH4Cl,硝酸铵NH4NO3等等。
由于单质N2在常况下异常稳定,人们常误认为氮是一种化学性质不活泼的元素。实际上相反,元素氮有很高的化学活性。N的电负性(3.04)仅次于F、O、Cl和Br,说明它能和其它元素形成较强的键。另外单质N2分子的稳定性恰好说明N原子的活泼性。问题是人们还没有找到在常温常压下能使N2分子活化的有利条件。但在自然界中,植物根瘤上的一些细菌却能够在常温常压的低能量条件下,把空气中的N2转化为氮化合物,作为肥料供作物生长使用。所以固氮的研究一直是一个重要的科学研究课题。因此我们有必要详细了解氮的成键特性和价键结构。
膜分离制氮
膜分离空分制氮也是非低温制氮技术的新的分支,是80年代国外迅速发展起来的一种新的制氮方法,在国内推广应用还是2010-2017年的事。
膜分离制氮是以空气为原料,在一定的压力下,利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比,具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更**min以内)、增容更方便等特点,但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严,膜易老化而失效,难以修复,需要换新膜,膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98%左右的中小型用户,此时具有较好功能价格比;当要求氮气纯度高于98%时,它与同规格的变压吸附制氮装置相比,价格要高出30%左右,故由膜分离制氮和氮纯化装置相组合制取高纯氮时,普氮纯度一般为98%,因而会增加纯化装置的制作成本和运行成本。
由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图也可以看出,除了NH4+离子外,氧化数为0的N2分子在图中曲线的比较低点,这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲的话,N2是热力学稳定状态结构。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO3和N2两点的连线(图中的虚线)的上方。因此,这些化合物在热力学上是不稳定的,容易发生歧化反应。在图中的一个比N2分子值低的是NH4+离子。
正价氮呈酸性,负价氮呈碱性。
由氮分子中三键键能很大,不容易被破坏,因此其化学性质十分稳定,只有在高温高压并有催化剂存在的条件下,氮气成分可以和氢气反应生成氨。同时,由于氮分子的化学结构比较稳定,氰根离子CN-和碳化钙CaC2中的C22-和氮分子结构相似。
氮分子中存在氮氮叁键,键能很大(941 KJ/mol),以至于加热到3273K时*有0.1%离解,氮分子是已知双原子分子中**稳定的。氮气是CO的等电子体,在结构和性质上有许多相似之处。
不同活性的金属与氮气的反应情况不同。与碱金属在常温下直接化合;与碱土金属 —般需要在髙温下化合;与其他族元素的单质反应则需要更高的反应条件。
现场制氮是指氮气用户自购制氮设备制氮,工业规模制氮有三类:即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。利用各空气的沸点不同使用液态空气分离法,将氧气和氮气分离。将装氮气的瓶子漆成黑色,装氧气的漆成蓝色。
深冷空分制氮
它是一种传统的空分技术,已有九十余年的历史,它的特点是产气量大,产品氮纯度高,无须再纯化便可直接应用于磁性材料,但它工艺流程复杂,占地面积大,基建费用高,需专门的维修力量,操作人员较多,产气慢(18~24h),它适宜于大规模工业制氮,氮气成本在0.7元/m3左右。