變壓吸附制氮變壓吸附(PressureSwingAdsorption,簡稱PSA)氣體分離技術是非低溫氣體分離技術的重要分支,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。三十年來該技術發(fā)展很快,技術日趨成熟,在中小型制氮領域已成為深冷空分的強有力的競爭對手。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。變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比,具有***的特點:吸附分離是在常溫下進行,工藝簡單,設備緊湊,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,操作維護方便,撬裝方便,無須專門基礎,產(chǎn)品氮純度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),產(chǎn)氮量≤2000Nm3/h。但到2017年為止,除美國空氣用品公司用PSA制氮技術,無須后級純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99.999%的高純氮外(進口價格很高)。進一步降低溫度時,更會形成白色晶狀固體。在生產(chǎn)中,通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。壽光工業(yè)高純氮批發(fā)
氮氣在常況下是一種無色無味的氣體,熔點是63K,沸點是77K,臨界溫度是126K,難于液化。溶解度很小,常壓下在283K時一體積水可溶解0.02體積的氮氣。氮氣是難液化的氣體。氮氣在極低溫下會液化成無色液體,進一步降低溫度時,更會形成白色晶狀固體。在生產(chǎn)中,通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。氮分子中存在氮氮叁鍵,鍵能很大(941KJ/mol),以至于加熱到3273K時*有0.1%離解,氮分子是已知雙原子分子中**穩(wěn)定的。氮氣是CO的等電子體,在結構和性質(zhì)上有許多相似之處。壽光工業(yè)高純氮批發(fā)由于液氮罐的熱量較大,剛開始充液氮時,熱均衡時間較長。
由氮元素的氧化態(tài)-吉布斯自由能圖也可以看出,除了NH4+離子外,氧化數(shù)為0的N2分子在圖中曲線的比較低點,這表明相對于其它氧化數(shù)的氮的化合物來講的話,N2是熱力學穩(wěn)定狀態(tài)結構。氧化數(shù)為0到+5之間的各種氮的化合物的值都位于HNO3和N2兩點的連線(圖中的虛線)的上方。因此,這些化合物在熱力學上是不穩(wěn)定的,容易發(fā)生歧化反應。在圖中的一個比N2分子值低的是NH4+離子。正價氮呈酸性,負價氮呈堿性。由氮分子中三鍵鍵能很大,不容易被破壞,因此其化學性質(zhì)十分穩(wěn)定,只有在高溫高壓并有催化劑存在的條件下,氮氣成分可以和氫氣反應生成氨。同時,由于氮分子的化學結構比較穩(wěn)定,氰根離-和碳化鈣CaC2中的C22-和氮分子結構相似。
D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭,仍然可以見到微弱的燭光;待蠟燭熄滅后,往其中放入少量的磷,磷仍能燃燒一會,對除掉空氣中的助燃氣來說,效果是好的。把磷燃燒后剩余的氣體進行研究,D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)這氣體不能維持生命,具有滅火性質(zhì),也不溶于苛性鉀溶液,因此命名為“濁氣”或“毒氣”。在同一年,普利斯特里作類似的燃燒實驗,發(fā)現(xiàn)使1/5的空氣變?yōu)樘妓釟猓檬宜蘸蟮臍怏w不助燃也不助呼吸。由于他同D·盧瑟福都是深信燃素學說的,因此他們把剩下來的氣體叫做“被燃素飽和了的空氣”。在常溫下柔軟的物體在液氮中浸泡一下,就會脆如玻璃。
人類能夠有效利用氮氣的主要途徑是合成氨,但要求條件很高。近年來,人們在竭力弄清植物固氮的機理,爭取用化學的方法模擬生物固氮,來實現(xiàn)當溫和條件下開發(fā)利用空氣中的氮資源。氮主要用于合成氨,反應式為(條件為高壓,高溫、和催化劑。反應為可逆反應)還是合成纖維(錦綸、腈綸),合成樹脂,合成橡膠等的重要原料。氮是一種營養(yǎng)元素還可以用來制作化肥。例如:碳酸氫銨NH4HCO3,氯化銨NH4Cl,硝酸銨NH4NO3等等。由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定,人們常誤認為氮是一種化學性質(zhì)不活潑的元素。實際上相反,元素氮有很高的化學活性。N的電負性(3.04)*次于F、O、Cl和Br,說明它能和其它元素形成較強的鍵。另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說明N原子的活潑性。問題是人們還沒有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的有利條件。但在自然界中,植物根瘤上的一些細菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下,把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氮化合物,作為肥料供作物生長使用。所以固氮的研究一直是一個重要的科學研究課題。因此我們有必要詳細了解氮的成鍵特性和價鍵結構。自然界中穩(wěn)定存在的氮同位素有兩種,即14N和15N,相對比率分別為99.635%和0.365%。壽光工業(yè)高純氮批發(fā)
只有在極高的溫度下,雙原子分子氮才會分解為單原子。壽光工業(yè)高純氮批發(fā)
在集成電路、半導體和電真空器件制造中用作保護氣和運載氣,化學氣相淀積時的載氣,液體擴散源的攜帶氣,在高溫擴散爐中用作器件的保護氣。高純氮在外延、光刻、清洗和蒸發(fā)等工序中,作為置換、干燥、貯存和輸送用氣體。顯像管制造中要求氮氣純度為99.99%以上。在航天技術中,液氫加注系統(tǒng)必須先用高純氮置換,再用高純氦置換。迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風處,并進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源。防止氣體在低凹處積聚,遇點火源著火。用排風機將漏出氣送至空曠處。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。用霧狀水保持火場中容器冷卻??捎渺F狀水噴淋加速液氮蒸發(fā),但不可使用水射至液氮。如吸入高純氮,感到呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫(yī)。壽光工業(yè)高純氮批發(fā)