منخل جزيئي لصنع النيتروجين

في المجال الصناعي، يُستخدم مولد النيتروجين على نطاق واسع في صناعات البتروكيماويات، وتسييل الغاز الطبيعي، والتعدين، والأغذية، والأدوية، والإلكترونيات. ويمكن استخدام منتجات النيتروجين الناتجة عن مولد النيتروجين كغاز للأجهزة، بالإضافة إلى استخدامها كمواد خام صناعية ومبردات، مما يجعله من المعدات الأساسية في الإنتاج الصناعي. وتنقسم عملية إنتاج النيتروجين في مولد النيتروجين إلى ثلاثة أنواع رئيسية: طريقة الفصل بالهواء البارد العميق، وطريقة الفصل الغشائي، وطريقة امتزاز تغيير الضغط باستخدام المنخل الجزيئي (PSA).
تعتمد طريقة الفصل بالهواء البارد العميق على مبدأ اختلاف درجات غليان الأكسجين والنيتروجين في الهواء، وإنتاج النيتروجين السائل والأكسجين السائل من خلال الضغط والتبريد والتقطير في درجات حرارة منخفضة. تتيح هذه الطريقة إنتاج النيتروجين السائل والأكسجين السائل في درجات حرارة منخفضة وعلى نطاق واسع؛ إلا أن عيبها يكمن في ارتفاع تكلفة الاستثمار، وتُستخدم عادةً لتلبية احتياجات النيتروجين والأكسجين في الصناعات المعدنية والكيميائية.
تعتمد طريقة الفصل الغشائي على استخدام الهواء كمادة خام، وتحت ظروف ضغط معينة، يتم فصل الأكسجين والنيتروجين في غشاء ذي معدلات نفاذية مختلفة. تتميز هذه الطريقة ببساطة التركيب، وعدم الحاجة إلى صمام تحويل، وصغر الحجم، وغيرها من المزايا. إلا أن اعتماد مادة الغشاء بشكل أساسي على الاستيراد يجعل سعرها مرتفعًا ونسبة انتشارها منخفضة، لذا فهي تُستخدم بشكل رئيسي لأغراض خاصة ذات تدفقات منخفضة، مثل آلات إنتاج النيتروجين المتنقلة.
تُعدّ طريقة امتزاز الضغط باستخدام المنخل الجزيئي (PSA) طريقةً تستخدم الهواء كمادة خام، والمنخل الجزيئي الكربوني كمادة ماصة، وتعتمد على مبدأ امتزاز الضغط. وتُستخدم هذه الطريقة لامتزاز الأكسجين والنيتروجين وفصلهما. تتميز هذه الطريقة ببساطة إجراءاتها، ومستوى عالٍ من الأتمتة، وانخفاض استهلاك الطاقة، ونقاء عالٍ للنيتروجين، مما يجعلها من أكثر التقنيات استخدامًا. قبل دخول الهواء إلى برج الامتزاز، يجب تجفيفه من الرطوبة لتقليل تآكل المنخل الجزيئي وإطالة عمره. في عملية إنتاج النيتروجين التقليدية باستخدام طريقة امتزاز الضغط، يُستخدم برج التجفيف لإزالة الرطوبة من الهواء. وعندما يتشبع برج التجفيف بالماء، يُعاد ضخ الهواء الجاف إليه لتجديده.