روش های تولید گاز نیتروژن

برخی روش های تولید صنعتی گاز نیتروژن

در اکثر صنایع جهت تولید گاز نیتروژن از هوا برای مصارف صنعتی از دو روش :

مایع سازی هوا و جداسازی هوا استفاده می کنند.

جداسازی هوا فرایندی است که در طی آن گاز های سازنده هوا از یکدیگر جدا می شوند.

(در واقع هوا بطور عمده از دو عنصر نیتروژن (78%) و اکسیژن (21%) تشکیل شده است)

این فرآیند به یکی از دو روش جذب سطحی(PSA) یا  فیلتر کردن(روش غشایی) آن صورت می گیرد.

روش مایع کردن هوا (روش کرایوژنیک Cryogenics)

قدیمی ترین روش تولید نیتروژن می باشد که در سال ۱۸۹۵ توسط مهندس آلمانی کارل فون لینده توسعه داده شد.

محدوده دمای کرایوژنیک از 150- درجه سلسیوس تا صفر مطلق تعیین شده است.

در  دهه ی ۱۹۸۰روشهای جایگزینی برای تولید گاز ازت در محل مانند روشهای PSA و جداسازی غشایی عملیاتی شدند،

توانستند در زمینه ی تولید نیتروژن با روش کرایوژنیک رقابت کنند.

در ابتدا این روشهای جایگزین، تنها قادر به تولید نیتروژن با ظرفیت و خلوص پایین بودند،

اما امروزه با توسعه ی این روشها امکان تولید گاز نیتروژن در ظرفیتها و خلوص متنوعی امکان پذیر شده است و به دلیل صرفه ی اقتصادی بالای این روشها، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته اند.

جدا سازی اکسیژن هوا به روش جذب سطحی با تناوب فشار

در این روش، ابتدا هوا توسط کمپرسور فشرده شده و پس از عبور از خشک کن

و تله آبگیر درصد بالایی از رطوبت و روغن معلق  موجود در هوای فشرده حذف میشود.

سپس با عبور هوا از میکروفیلترهای سری شده رطوبت و روغن باقی مانده ی آن نیز کاملا جذب شده و هوایی کاملا خشک و فشرده  وارد فیلتر مولد نیتروژن میشود.

این فیلتر حاوی کربنهای مخصوصی بنام کربن مولکولارسیو( CSM ) با سطوح متخلخل کاملا منظم با قطر حفرات حدودا ۴ انگسترومی میباشد.

در یک نوشتار به زودی این روش را بطور مفصل شرح خواهیم داد.

روش کرایوژنیک(کلدباکس)

این روش یکی از قدیمی ترین روش تولید گاز نیتروژن(ازت) میباشد.

در این روش ابتدا هوا برای حذف آلاینده ها تصفیه شده و وارد کمپرسور می شود.

در ادامه هوای فشرده را تا مایع شدن سرد میکنند، سپس این مایعات با دمای جوش متفاوت وارد ستون تقطیر میشود.

به کمک این فرایند میتوان گازهایی با خلوص بالا تولید کرد.

فرایند جداساز برودتی نیاز به مبدل های گرمایی خاص و ستون های جداساز با راندمان بالا دارند.

این روش جداسازی در حال حاضر یکی از پرهزینه ترین و کار آمدترین روش های تولید با ظرفیتهای بالای اکسیژن، نیتروژن و آرگون مایع و گازی در صنعت می باشد.

واحدهای جدا ساز با استفاده ازچند ستون تقطیر فرایند تولید گازهای مختلف با خلوص بالاازهوای فشرده را انجام می دهند.نوع فرایند جداسازی بر اساس مقدارخلوص وجریان محصول می تواند متفاوت باشد.

روش جداسازی غشایی

جداسازی هوا به دو جریان نیتروژن خالص و جریان هوای غنی از اکسیژن با استفاده از غشاءهای الیاف توخالی از اوایل سال۱۹۸۰به صورت تجاری انجام شد.

جداسازی مخلوط های گازی توسط غشاء در دهه های اخیر، از آزمایشگاه ها به صنایع رسیده و نقش مهمی در جایگزینی روش های سنتی و مرسوم ایفا میکند.

اغلب غشاهای بکار رفته پلیمری و آلی هستند و گزینش پذیری قابل قبولی را فراهم میکنند.

از غشاهای غیر آلی میتوان به آلیاژهای پالادیوم، سرامیکی و زئولیتها اشاره کرد.

آلیاژ پالادیوم چند سالی است که در مقیاس صنعتی برای تولید هیدروژن با خلوص بالا استفاده میشود.

لازم به ذکر است؛ مکانیزم جداسازی توسط غشاها به میزان حلالیت گاز در محلول،

سینتیک واکنش شیمیایی محلول با گاز، نفوذ از حفرات غشاء و نفوذ از محلول بستگی دارد.