9.4 Технологические мембранные установки для получения азота

 

С использованием мембранного метода получения азота в последние годы рядом ведущих фирм созданы достаточно простые промышленные установки. Принципиальная схема установки приведена на рис.9.3.

Всасываемый из атмосферы воздух сжимается в поршневой или винтовой компрессорной станции до некоторого оптимального давления газоразделения.

 

               Компр.          Блок подготовки              Мембранный

                 станция           воздуха                           блок

Рисунок 9.3 – Схема получения азота по такой технологии:

Ф – фильтр; К – компрессор; ФС – фильтр-сепаратор;

ОС – осушитель; В/О – влагоотделитель

 

При выборе необходимого давления ищут компромисс: при малых давлениях проще, выше надежность, но очень большие габариты аппаратов, особенно мембранного блока. А стоимость мембранных модулей очень высока. При высоких давлениях могут быть проблемы с прочностью и надежностью.

Сжатый в компрессоре воздух поступает в блок подготовки воздуха, где он охлаждается, отчищается от капельной жидкости (вода, масло), механических примесей и осушивается. Подготовленный таким образом воздух поступает в мембранный блок, где он разделяется на потребительский азот и пермеат (смесь кислорода, водяного пара, аргона водорода и т.д.), который выбрасывается в атмосферу. Как видно, установка экологически чистая, не наносит ущерб окружающей среде. В случаях применения стационарных мембранных установок на производственных предприятиях пермеат как обогащенная кислородом воздушная смесь может быть полезно использован, например, для дутья в топочных устройствах различного рода.

По такой технологии возможно получение азота с концентрацией 99,9%, но обычно для технологического применения достаточна чистота 90-98%.

Средняя стоимость одного литра азота на 50% дешевле полученного традиционным низкотемпературным (криогенным) методом.

Азот производится непосредственно на месте его потребления в необходимом количестве. Расходы на хранение и транспортировку отсутствуют вовсе.

Такая технология обладает бесспорными преимуществами, среди которых: компактность, мобильность станции, разделение воздуха происходит в статическом аппарате, а не в машине-детандере, возможность глубокого регулирования и др. Недостатком является высокая стоимость мембранных модулей и требование высокой степени очистки воздуха, подаваемого на модули. Последнее требование является жестким для компрессоров. Поршневые компрессоры со смазкой и маслонаполненные винтовые компрессоры в обычном исполнении неприемлемы.

Условию отсутствия масла удовлетворяют так называемые «сухие» (бессмазочные) поршневые и винтовые компрессоры. Такие компрессоры существуют. Конструктивно они намного сложнее обычных и гораздо дороже.

В поршневых «сухих» компрессорах усложняется конструкция сальников, требуется применение специальных материалов и т.д.

Винтовые «сухие» компрессоры имеют существенно более низкую степень повышения давления в одном корпусе, чем маслозаполненные, т.к. нет впрыска охлаждающего масла (π = 2-3 против 8-10). Они более громоздки. Требование гарантийного зазора между винтами снижает объемный КПД компрессора.

В некоторых случаях применяются винтовые маслозаполненные компрессоры на первой ступени сжатия, а далее, после очистки и сепарации воздуха, – «сухой» поршневой дожимающий компрессор.

На таких установках, кроме основной технологической операции – получение азота из воздуха, выполняются одновременно следующие операции:

- обогащение воздуха кислородом (пермеат);

- осушка воздуха.