一、種類
1、變壓吸附制氮設(shè)備
變壓吸附氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支,是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開發(fā)了碳分子篩,為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來該技術(shù)發(fā)展很快,技術(shù)日趨成熟,在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競爭對手。
變壓吸附制氮是以空氣為原料,用碳分子篩作吸附劑,利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性,運用變壓吸附原理(加壓吸附,減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮氣。
2、深冷空分制氮設(shè)備
它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù),已有九十余年的歷史。它的特點是產(chǎn)氣量大,產(chǎn)品氮純度高,無須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料,但它工藝流程復(fù)雜,占地面積大,基建費用高,需專門的維修力量,操作人員較多,產(chǎn)氣慢(18~24h),它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮。
3、膜分離空分制氮設(shè)備
膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術(shù)的新的分支,是80年代國外迅速發(fā)展起來的一種新的制氮方法,在國內(nèi)推廣應(yīng)用還是近幾年的事。
膜分離制氮是以空氣為原料,在一定的壓力下,利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮氣。
由于氮氣的化學(xué)惰性,常用作保護(hù)氣體。所以常用于糧食儲存,食品包裝,輪胎充氣等。用于食品包裝可防止食品氧化,霉變,從而延長了食品的保質(zhì)期。用于輪胎的充氣可提高安全系數(shù),增加舒適性,減少爆胎幾率。
二、區(qū)別
變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比,具有顯著的特點:吸附分離是在常溫下進(jìn)行,工藝簡單,設(shè)備緊湊,占地面積小,開停方便,啟動迅速,產(chǎn)氣快(一般在30min左右),能耗小,運行成本低,自動化程度高,操作維護(hù)方便,撬裝方便,無須專門基礎(chǔ)。所以變壓吸附制氮設(shè)備是目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。
膜分離空分制氮上述兩種制氮方法相比,具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單、體積更小、無切換閥門、操作維護(hù)也更為簡便、產(chǎn)氣更快(3min以內(nèi))、增容更方便等特點,但中空纖維膜對壓縮空氣清潔度要求更嚴(yán),膜易老化而失效,難以修復(fù),需要換新膜,它與同規(guī)格的變壓吸附制氮裝置相比,價格要高出30%左右,純度也相對較低。
三、用途
1、食品行業(yè)應(yīng)用
多用于面包,蛋糕等易變質(zhì)食品的包裝,將氮氣充入食品包裝袋內(nèi),讓食品處于氮氣包圍狀態(tài),既不會導(dǎo)致食品在存放和運輸途中被擠壓變形,無氧狀態(tài)也會讓食品的保質(zhì)期大大延長。
2、汽車行業(yè)的應(yīng)用
①.提高輪胎行駛的穩(wěn)定性和舒適性。氮氣幾乎為惰性的雙原子氣體,化學(xué)性質(zhì)極不活潑,氣體分子比氧分子大,不易熱脹冷縮,變形幅度小,其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30~40%, 能保持穩(wěn)定胎壓,提高輪胎行駛的穩(wěn)定性,保證駕駛的舒適性;氮氣的音頻傳導(dǎo)性低,相當(dāng)于普通空氣的1/5,使用氮氣能有效減少輪胎的噪音,提高行駛的寧靜度。
②.防止爆胎和缺氣碾行。爆胎是公路交通事故中的頭號殺手。據(jù)統(tǒng)計,在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的,其中爆胎一項就占輪胎事故總量的70%。汽車行駛時,輪胎溫度會因與地面磨擦而升高,尤其在高速行駛及緊急剎車時,胎內(nèi)氣體溫度會急速上升,胎壓驟增,所以會有爆胎的可能。而高溫導(dǎo)致輪胎橡膠老化,疲勞強(qiáng)度下降,胎面磨損劇烈,又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比,高純度氮氣因為無氧且?guī)缀醪缓莶缓?,其熱膨脹系?shù)低,熱傳導(dǎo)性低,升溫慢,降低了輪胎聚熱的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地減少爆胎的幾率。
③.延長輪胎使用壽命。使用氮氣后,胎壓穩(wěn)定體積變化小,大大降低了輪胎不規(guī)則磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了輪胎的使用壽命;橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致,老化后其強(qiáng)度及彈性下降,且會有龜裂現(xiàn)象,這時造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮氣分離裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質(zhì),有效降低了輪胎內(nèi)襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現(xiàn)象,不會腐蝕金屬輪輞,延長了輪胎的使用壽命,也極大程度減少輪輞生銹的狀況。
④.減少油耗,保護(hù)環(huán)境。輪胎胎壓的不足與受熱后滾動阻力的增加,會造成汽車行駛時的油耗增加;而氮氣除了可以維持穩(wěn)定的胎壓,延緩胎壓降低之外,其干燥且不含油不含水,熱傳導(dǎo)性低,升溫慢的特性,減低了輪胎行走時溫度的升高,以及輪胎變形小抓地力提高等,降低了滾動阻力,從而達(dá)到減少油耗的目的。