روشهای اصلی تولید نیتروژن در صنعت

روشهای اصلی تولید نیتروژن در صنعت عبارتند از :

روش COLD BOX

در این روش در حالت معمول نیتروژن با خلوص 99.99% و اکسیژن با خلوص 99.6% تولید میشود و امکان تولید نیتروژن و اکسیژن با خلوص بسیار بالا جهت مصارف خاص نیز وجود دارد. نیتروژن مایع نیز فقط از این روش تولید میشود .در این روش هوای فشرده توسط چیلر آبی حدود ده درجه کاهش دما یافته و وارد درایو میشود که داخل آن رطوبت و روغن و ناخالصیهای آن گرفته شده کاملا خشک میشود و پس از ورود به COLD BOX دمای آن تا 196درجه سانتی گراد کاهش میابد و به هوای مایع تبدیل میشود. این هوای مایع با ورود به قسمت پایین برج با توجه به اختلاف نقطه شبنم نیتروژن و اکسیژن فشارآن کاسته میشود و ابتدا نیتروژن با رسیدن به دمای جوش بصورت گازو با خلوص بالا از قسمت بالای برج خارج میشود و قسمتی از آن نیز پس از عبور از کندانسور به نیتروژن مایع تبدیل میشود و جهت ذخیره سازی وارد مخازن مخصوص نگهداری نیتروژن مایع میشود. در حالیکه اکسیژن هنوز به نقطه جوش برای تبدیل به فاز گازی نرسیده و بصورت مایع در پایین برج تجمع کرده است.

روش PSA (Pressure Swing Absorption) 

دراین روش که یکی از متداولترین روشهای تولید نیتروژن میباشد . ابتدا هوای فشرده پس ازعبورازدرایر و تله آبگیر درصد بالایی از رطوبت و روغن معلق موجود در هوا را جذب نموده و سپس با عبور از دو میکرو فیلتر سری شده 1 میکرون و 0.01 میکرون رطوبت و روغن باقی مانده آن از هوای فشرده کاملا جذب شده و سپس هوای کاملا خشک و فشرده وارد فیلتر مولد نیتروژن حاوی کربنهای مخصوصی بنام کربن مولکولار سیو با سطوح متخلخل کاملا منظم با قطر حفرات 4 انگسترومی شده که با توجه به اینکه قطر مولکولی اکسیژن 3.8انگستروم و قطر مولکولی نیتروژن 4.2 انگستروم میباشد فقط مولکولهای ریزتر اکسیژن توان نفوذ به داخل حفرات ریز 4 انگسترومی کربنی را یافته و در آن به دام میافتند و بنابراین مولکولهای نیتروژن از لا به لای مواد کربنی با خلوص معینی از بالای فیلتر خارج میشوند و پس از طی مدت معینی بسته به اندازه فیلتر و دبی خروجی CMS ها از اکسیژن اشباع میشوند و باید با خالی شدن هوای فشرده داخل از منافذ کربنی بیرون امده و از اگزوز پایین فیلتر خارج شوند و چون فرایند احیا زمان تلف شده در فرایند تولید نیتروژن ایجاد میکند.از دو فیلتر استفاده میشود که در زمانیکه یک فیلتر در حال احیا شدن است فیلتر دوم عمل تولید نیتروژن را انجام دهد و این عمل بطور نوسانی توسط مدار کنترل پیوسته با کنترل شیرهای برقی ادامه پیدا میکند.در این روش فراوری و خشک بودن هوای فشرده ورودی بسیار مهم بوده و چنانچه از میکرو فیلترهای مناسب که قیمت بالایی نیز دارند استفاده نشود رطوبت و بخصوص روغن معلق هوای فشرده خروجی از کمپرسور به سرعت منافذ کربن را میپوشانند و ازجذب اکسیژن جلوگیری کرده و در واقع مواد CMS مولد را تخریب کرده و بشدت خلوص نیتروژن خروجی را کاهش میدهد. در حال حاضر اکثر دستگاههای مولد نیتروژن تایر با این سیستم کار میکنند.

روش غشایی با تکنولوژی الیاف نانو MEMBRAIN

این روش که جدیدترین روش جدا کننده مولکولهای فازهای گازی و مایعات میباشد و مرتبط با تکنولوژی نانو میباشد در دو نوع پلیمری آلی و معدنی درجهان ساخته شده است و تحقیقات وسیعی در جهان بر روی آن در حال انجام است و بدلیل مزایای نسبی و کاربرد وسیعی که در صنایع گوناگون دارد و نسبت به روشهای مشابه بسیار ساده تر و کم حجم تر وکم هزینه تر است چشم انداز روشنی از آن انتظار میرود. ولی بدلیل تکنولوژی بالا و تحقیقات پرهزینه ایران هنوز روش غشایی تولید نیتروژن بطور جدی وارد عرصه تحقیقاتی آن نشده و بدلیل وارداتی بودن مدولهای آن درعین سادگی ساختاری قیمتهای بالایی دارند.

در این روش الیافهایی توخالی به قطر حدودا 0.1 میلی متر بطور موازی و فشرده شده از دوطرف و احاطه شده از طرفین توسط اورینگهایی در داخل پوسته ای بنام مدول هوای تحت فشار ورودی را بداخل الیافها هدایت کرده و بدلیل غشای متخلخل الیافها بخار آب و اکسیژن بدلیل قطر کمتروسرعت نفوذ بیشتر در طول حرکت خود از غشائها خارج شده واز یک لوله تعبیه شده در وسط مدولها خارج گشته و نیتروژن باقی مانده گذرانده از معبر لوله ای الیاف از قسمت خروجی مدول خارج میگردند .

با استفاده از این تکنولوژی دستگاههای کوچکی جهت تولید و تزریق نیتروژن تایر ساخته شده است که البته گران قیمت هم محسوب می شود.

روش VPSA 

این روش مشابه روش PSA میباشد و چون فشار ورودی هوا خیلی کم است و خروجی دارای فشار پایین میباشد. استفاده از این روش با وجود راندمان بالا زیاد رایج نبوده و در تولید دستگاههای نیتروژن تایر استفاده نمیشود.