مبادئ وخصائص مولدات النيتروجين

A مولد النيتروجينهو جهاز يستخدم الهواء كمادة خام ويفصل الأكسجين والنيتروجين بالطرق الفيزيائية للحصول على غاز النيتروجين. وفقًا لطرق الفصل المختلفة، يمكن تصنيف مولدات النيتروجين الصناعية إلى ثلاثة أنواع: فصل الهواء المبرد، وفصل هواء المنخل الجزيئي (PSA)، وفصل الهواء الغشائي.

تم تصميم وتصنيع مولد النيتروجين بناءً على تقنية امتزاز تأرجح الضغط (PSA). إنه يستخدم المنخل الجزيئي الكربوني المستورد (CMS) عالي الجودة كمادة ماصة ويعتمد مبدأ امتصاص الضغط المتأرجح عند درجة الحرارة العادية لفصل النيتروجين عن الأكسجين في الهواء، مما ينتج نيتروجين عالي النقاء. عادة، يتم توصيل برجين للامتصاص بالتوازي. يتم التحكم فيها عن طريق نظام PLC مستورد، تعمل الصمامات الهوائية تلقائيًا لأداء امتصاص الضغط وتجديد إزالة الضغط بالتناوب، واستكمال فصل الأكسجين والنيتروجين والحصول على النيتروجين بالنقاء المطلوب.

مبدأ العمل لمولد النيتروجين

مبدأ توليد النيتروجين لامتصاص الضغط المتأرجح PSA

يمكن للمنخل الجزيئي للكربون أن يمتص كلاً من الأكسجين والنيتروجين في الهواء. وتزداد قدرتها على الامتصاص مع زيادة الضغط. تحت نفس الضغط، لا يوجد فرق واضح بين قدرة امتصاص التوازن للأكسجين والنيتروجين. لذلك، من الصعب تحقيق فصل فعال بين الأكسجين والنيتروجين فقط من خلال تغيرات الضغط.

من خلال النظر في الفرق في معدل الامتزاز، يمكن تمييز خصائص الامتزاز للأكسجين والنيتروجين بشكل فعال. القطر الجزيئي للأكسجين أصغر من القطر الجزيئي للنيتروجين، وبالتالي فإن معدل انتشاره أسرع بمئات المرات من النيتروجين. ولذلك، فإن المنخل الجزيئي للكربون يمتص الأكسجين بشكل أسرع بكثير. بعد حوالي دقيقة واحدة من الامتزاز، يمكن امتصاص أكثر من 90% من الأكسجين، في حين أن كمية الامتزاز من النيتروجين تبلغ حوالي 5% فقط.

في هذه المرحلة، يتكون الغاز الممتز أساسًا من الأكسجين، بينما يتكون الغاز المتبقي بشكل أساسي من النيتروجين. ومن خلال التحكم في وقت الامتزاز خلال دقيقة واحدة، يمكن فصل الأكسجين والنيتروجين في البداية. بمعنى آخر، يتم تحقيق الامتزاز والامتزاز من خلال اختلافات الضغط: يحدث الامتزاز عندما يزيد الضغط، ويحدث الامتزاز عندما ينخفض ​​الضغط.

يعتمد فصل الأكسجين والنيتروجين على الفرق في سرعة الامتزاز بين الغازين. من خلال التحكم في وقت الامتزاز، يمكن امتصاص الأكسجين بشكل كافٍ بينما لا يتوفر للنيتروجين وقت كافٍ لامتصاصه، ومن ثم يتم إيقاف عملية الامتزاز لتحقيق إنتاج فعال للنيتروجين.

مبدأ توليد النيتروجين بفصل الهواء المبرد

لا يمكن أن ينتج توليد النيتروجين المبرد غاز النيتروجين فحسب، بل يمكن أيضًا إنتاج النيتروجين السائل، مما يلبي متطلبات العملية التي تتطلب النيتروجين السائل. يمكن تخزين النيتروجين السائل في خزان النيتروجين السائل. عندما ينقطع إمداد النيتروجين أو تحتاج وحدة فصل الهواء إلى صيانة، يدخل النيتروجين السائل المخزن إلى المرذاذ، ويتم تسخينه، ثم يتم إمداده إلى خط أنابيب النيتروجين لتلبية متطلبات النيتروجين لمعدات المعالجة.

إن دورة تشغيل توليد النيتروجين المبرد (الفاصل الزمني بين عمليتي الاحترار الرئيسيتين) هي عمومًا أكثر من عام واحد. لذلك، عادة لا يتم أخذ المعدات الاحتياطية بعين الاعتبار لأنظمة توليد النيتروجين المبردة. ومع ذلك، يمكن لمولدات النيتروجين PSA إنتاج غاز النيتروجين فقط بدون قدرة تخزين احتياطية، ولا يمكن لوحدة واحدة ضمان التشغيل المستمر على المدى الطويل.

مبدأ توليد النيتروجين بفصل الهواء عن طريق الغشاء

بعد أن يتم ضغطه وتصفيته بواسطة ضاغط الهواء، يدخل الهواء إلى فاصل ذو غشاء بوليمر عالي. بسبب الاختلافات في معاملات الذوبان والانتشار للغازات المختلفة في الغشاء، فإن الغازات المختلفة لها معدلات تخلل مختلفة.

وبناء على هذه الخاصية يمكن تقسيم الغازات إلى "غازات سريعة" و"غازات بطيئة".

تحت فرق الضغط بين جانبي الغشاء، تمر الغازات ذات معدلات تخلل أسرع، مثل بخار الماء والهيدروجين والهيليوم وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، عبر الغشاء وتصبح غنية على الجانب المتخلل.

وفي الوقت نفسه، يتم الاحتفاظ بالغازات ذات معدلات التخلل الأبطأ، مثل الميثان والنيتروجين وأول أكسيد الكربون والأرجون، وإثرائها على جانب التغذية، وبالتالي تحقيق فصل الغازات المختلطة.

مميزات معدات مولد النيتروجين

مريحة وسريعة

مع التكنولوجيا المتقدمة ونظام توزيع تدفق الهواء الفريد، فإن توزيع تدفق الغاز يكون أكثر اتساقًا، مما يتيح الاستخدام الفعال للمنخل الجزيئي للكربون. يمكن إنتاج النيتروجين المؤهل خلال 20 دقيقة تقريبًا.

عملية سهلة

تتميز المعدات بهيكل مدمج وتصميم متكامل مثبت على منصة منزلقة، مما يتطلب مساحة تركيب أقل ولا يوجد استثمار في البناء المدني. مع انخفاض الاستثمار الأولي، يحتاج المستخدمون فقط إلى توصيل مصدر الطاقة في الموقع لبدء إنتاج النيتروجين.

عملية اقتصادية

تقنية PSA هي طريقة بسيطة وفعالة لتوليد النيتروجين تستخدم الهواء كمادة خام. استهلاك الطاقة يأتي بشكل رئيسي من الكهرباء التي يستهلكها ضاغط الهواء. ويتميز بتكاليف تشغيل منخفضة، واستهلاك منخفض للطاقة، وكفاءة عالية.