Получение азота в промышленности

Азот, как инертный газ, получил широкое применение в различных областях промышленности от небольшого производства до наукоемких высокотехнологичных процессов.

Достаточно часто возникает вопрос использовать собственное оборудование по производству азота, закупать газообразный в баллонах или газификация жидкого азота, первым этапам разберемся в способах получения данного инертного газа.

Азот не выкачивают из недр земли или мирового океана, его добывают непосредственно из окружающей атмосферы в которой его содержание примерно 78%. Если быть ещё точнее то большинство способов получения Азота направлены на уменьшение количества кислорода в газовой смести которую представляет из себя атмосферный воздух.

Как получают азот в промышленности? Способы:

1. Мембранный
2. Адсорбционный
3. Криогненный

Мембранный способ получения азота

Мембранный способ получения азота наиболее молодой но при этом очень популярный. Чистота получаемого азота от 90% до 99,5% (фактически до 99,9%). Мембранная технология позволяет получать азот с давлением до 24 бар без применения бустерного компрессора. Мембраны не бояться перепадов температур, попадание масла вызывает уменьшение производительности но не ведет к деградации как это происходит с адсорбентом. Благодаря тому мембраны не бояться тряски и ударов их применяют на спец транспорте — самоходных азотных компрессорных станциях, в блочно-модульных станциях и в стационарных установках во всех отраслях промышленности где требуется чистота азота до 99,5%.

Принцип получения азота основан на разнице парциальных давлении внутри и снаружи мембраны, при прохождении воздуха через мембрану молекулы азота и кислорода на разной скорости проникают через тело мембраны, благодаря чему на выходе мы имеем азот заданной чистоты.

Из недостатков мембранной технологии можно отметить более низкую концентрацию азота по сравнению с криогенной и адсорбционной технологиями, а также необходимость подогрева воздуха подаваемого на мембраны до рабочей температуры.

При подборе азотной станции для предприятия, выбор способа получения основывается на следующих данных: требуем объем азота, его чистота, рабочее давление.

Получение азота методом адсорбции

Адсорбционный способ получения азота позволяет получать азот не только от 1м3 в час до 10 000нм3/час (и более) но и регулировать чистоту получаемого азота в пределах от 95% до 99,9999%.

Полностью данная технология называется Безнагревная Коротко Цикловая Адсорбция основанная на способности «молекулярного сита» (специальные пористы гранулы) задерживать в себе молекулы кислорода и воды.

Компактные размеры и высокая чистота азота главные преимущества адсорбционной технологии получения азота. Адсорбционный способ получения азота востребован в пищевой, фармацевтической и радиоэлектронной промышленности.

Из недостатков данной технологии можно выделить боязнь масла в входящем потоке сжатого воздуха, ограничение по температурному режиму (работа только в помещении с искусственным климатом). Стационарная установка — нельзя устанавливать на транспорте, при тряске и ударах адсорбент будет разрушаться, что повлечет цепную реакцию, разрушения гранул и выдув адсорбента вместе с продуктовым азотом в пневмосеть. Невысокое давление азота, как правило не выше 10 бар.

Криогенный способ получения азота

Криогенный способ позволяет получать азот высокой чистоты, причем не только в газообразном виде но и в жидком. Газообразный азот закачивают для хранения в ресиверы непосредственно на месте производства или подают по трубопроводу к потребителю.

Жидкий азот возможно перевозить на авто и ЖД транспорте в специальных утепленных резервуарах, используют для заморозки различных веществ как в медицине, пищевом производстве так и других отраслях. При необходимости жидкий азот газифицируют на месте эксплуатации при помощи атмосферных газификаторов.

В случаях когда требуется высокое давление применяются криогенные насосы которые нагнетают жидкий азот под высоким давлением например в газовую или нефтяную скважину где он газифицируется создавая инертную среду, по факту вытесняя или разбавляя собой воздух и/или иные газы. Чистота получаемого азота до 99,9999%.

Ещё несколько лет назад криогенный способ получения Азота был основным применяемым способом , но постепенно его потеснили новые технологии, более компактные и более универсальные.

Недостатками данной технологии является то, что для установки криогенной станции требуется массивное оборудование которое может располагаться только стационарно в цеху, производительность криогенной станции как правило измеряется тысячами кубометров азота в час.

Данная технология востребована на крупных предприятиях, таких как Нефтеперерабатывающие заводы.

Краткие рекомендации по выбору метода

1. Мембранный метод — оптимален при потребности в азоте средней чистоты (до 99,5%), мобильности установки, работе в сложных условиях (вибрация, перепады температур) и умеренных объёмах потребления.
2. Адсорбционный метод (PSA) — лучший выбор при необходимости высокой чистоты (до 99,9999%) и стационарной установке в помещении с подготовленным сжатым воздухом, особенно для пищевой, фармацевтической и электронной промышленности.
3. Криогенный метод — экономически оправдан только при очень больших объёмах потребления (тысячи нм³/ч), потребности в жидком азоте или одновременном получении нескольких газов высокой чистоты на крупных промышленных предприятиях.