การแยกอากาศด้วยตะแกรงโมเลกุลเพื่อการผลิตไนโตรเจนอาศัยหลักการโครงสร้างมีรูพรุนขนาดเล็กของวัสดุตะแกรงโมเลกุลเพื่อให้สามารถแยกออกซิเจนและไนโตรเจนได้ เทคโนโลยีนี้แยกออกซิเจนและไนโตรเจนโดยกรองแก๊สผสมผ่านชั้นตะแกรงโมเลกุล ขนาดรูพรุนขนาดเล็กในวัสดุตะแกรงโมเลกุลสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ ทำให้สามารถดูดซับออกซิเจนได้โดยเฉพาะมากกว่าไนโตรเจน ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงสามารถเตรียมไนโตรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำ

เทคโนโลยีการผลิตไนโตรเจนโดยการแยกอากาศด้วยโมเลกุลซีฟมีข้อดีดังต่อไปนี้:

มีประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน เทคโนโลยีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้สารที่ใช้พลังงานสูง เช่น อากาศเหลวหรืออากาศอัด และสามารถใช้เพียงอากาศโดยตรงในการเตรียมไนโตรเจน ซึ่งช่วยให้ประหยัดพลังงานและลดค่าใช้จ่าย

เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีการผลิตไนโตรเจนโดยการแยกอากาศด้วยโมเลกุลซีฟไม่สร้างมลพิษใด ๆ ดังนั้นจึงสามารถผลิตไนโตรเจนแบบเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

มีความยืดหยุ่นสูง โครงสร้างไมโครโพรัสของวัสดุโมเลกุลซีฟสามารถปรับได้ตามต้องการเพื่อแยกออกซิเจนและไนโตรเจนภายใต้ความดันที่แตกต่างกัน

เทคโนโลยีนี้มีข้อเสียบางประการ ได้แก่:

จำเป็นต้องใช้วัสดุโมเลกุลซีฟคุณภาพสูง การเตรียมวัสดุโมเลกุลซีฟต้องใช้กระบวนการที่แม่นยำและวัตถุดิบบริสุทธิ์สูง ดังนั้นราคาจึงค่อนข้างแพง

มีข้อจำกัดบางประการต่ออายุการใช้งานของวัสดุโมเลกุลซีฟ อายุการใช้งานของวัสดุโมเลกุลซีฟถูกจำกัดโดยเงื่อนไขการใช้งาน เช่น ความเร็วลม อุณหภูมิการทำงาน เป็นต้น

วิธีการทั่วไปในการผลิตไนโตรเจน

ปัจจุบันมีหลายวิธีในการผลิตไนโตรเจน รวมถึงการแยกก๊าซดูดซับอุณหภูมิแวดล้อม การแยกที่อุณหภูมิต่ํา การแยกเมมเบรน การดูดซับการบีบอัด เป็นต้น วิธีการเหล่านี้แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง แต่ในการใช้งานจริงมักใช้การแยกที่อุณหภูมิต่ําและการดูดซับการบีบอัด

หลักการและกระบวนการผลิตไนโตรเจนจากตะแกรงโมเลกุล

การผลิตไนโตรเจนตะแกรงโมเลกุลเป็นเทคโนโลยีการแยกที่อุณหภูมิต่ําสําหรับการผลิตไนโตรเจน หลักการของมันคือการใช้การดูดซับและการดูดซับโมเลกุลของก๊าซโดยตะแกรงโมเลกุลเพื่อแยกก๊าซออกจากอากาศผ่านการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิจึงได้ไนโตรเจนบริสุทธิ์

กระบวนการเฉพาะมีดังนี้:

หลังจากการบําบัดล่วงหน้าอากาศจะเข้าสู่หน่วยผลิตไนโตรเจน

อากาศจะผ่านอุปกรณ์ดูดซับสลับกันก่อนเพื่อขจัดสิ่งสกปรก เช่น ความชื้นและคาร์บอนไดออกไซด์

อากาศเข้าสู่คอลัมน์การดูดซับตะแกรงโมเลกุลซึ่งโมเลกุลของไนโตรเจนจะถูกดักจับที่อุณหภูมิต่ําในขณะที่โมเลกุลของก๊าซอื่น ๆ เช่นออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาอย่างรวดเร็ว

หลังจากที่โมเลกุลไนโตรเจนในคอลัมน์การดูดซับตะแกรงโมเลกุลอิ่มตัวแล้ว ไนโตรเจนบริสุทธิ์จะถูกปล่อยออกมาจากคอลัมน์การดูดซับตะแกรงโมเลกุลผ่านขั้นตอนต่างๆ เช่น คอลัมน์การดูดซับและการแกว่งแรงดัน

อากาศเป็นวัตถุดิบทางอุตสาหกรรมราคาไม่แพงที่มีไนโตรเจนออกซิเจนอาร์กอนตลอดจนความชื้นคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์ ออกซิเจนที่เกิดจากการแยกอากาศสามารถใช้สําหรับการผลิตเหล็กได้ และออกซิเจนบริสุทธิ์และอากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนยังสามารถใช้สําหรับการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและการหมักทางชีวภาพ ไนโตรเจนที่ได้จากการแยกอากาศสามารถใช้ในการผลิตปุ๋ย อุตสาหกรรมโลหะ สารทําความเย็น ฯลฯ อย่างไรก็ตามในการใช้งานอากาศทั้งทางตรงและทางอ้อมจําเป็นต้องกําจัดความชื้นและสารต่างๆเช่นคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากอากาศก่อน เพราะส่วนผสมเหล่านี้มักก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรง

การทําให้อากาศแห้งด้วยตะแกรงโมเลกุลนั้นสะดวกและมีประสิทธิภาพมาก สามารถขจัดความชื้นที่อุณหภูมิและความดันห้องได้อย่างสมบูรณ์ ที่ความดันปานกลางและสูงนอกเหนือจากการคายน้ําแล้วยังสามารถกําจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และอะเซทิลีนได้พร้อมกัน ยิ่งไปกว่านั้นภายใต้สภาวะเดียวกันการทําให้อากาศแห้งด้วยตะแกรงโมเลกุลสามารถบรรลุจุดน้ําค้างที่ต่ํากว่าการใช้ซิลิกาเจลและความสามารถในการดูดซับจะสูงกว่า 3-4 เท่า

ก่อนใช้การแยกอากาศตะแกรงโมเลกุลในการผลิตออกซิเจนจําเป็นต้องกําจัดความชื้นคาร์บอนไดออกไซด์และอะเซทิลีนออกจากอากาศก่อน มิฉะนั้นน้ําและคาร์บอนไดออกไซด์อาจทําให้ระบบการแยกส่วนที่อุณหภูมิต่ําแช่แข็งในขณะที่อะเซทิลีนอาจทําให้เกิดการระเบิดได้

น้ํา คาร์บอนไดออกไซด์ และอะเซทิลีนเป็นโมเลกุลที่มีขั้วสูงหรือไม่อิ่มตัว และตะแกรงโมเลกุลมีความสัมพันธ์ที่ดีกับพวกมัน ลําดับความสัมพันธ์คือ H2O ≥ C2H2 ≥ CO2 ดังนั้นระดับการฟอกอากาศจึงถูกกําหนดโดยประสิทธิภาพของการกําจัด CO2 เป็นหลัก

กิจกรรมจลนศาสตร์ของตะแกรงโมเลกุลสําหรับการดูดซับ CO2 นั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิ ความดันอากาศ และอัตราการไหล การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าการใช้ตะแกรงโมเลกุล 13X และ 5A ภายใต้ความดันปานกลางและสูงสามารถขจัดความชื้น คาร์บอนไดออกไซด์ และอะเซทิลีนออกจากอากาศได้พร้อมกัน เมื่อใช้เครื่องผลิตออกซิเจนเพื่อผลิตออกซิเจน สามารถส่งอากาศอัดไปยังหอกลั่นเพื่อแยกด้วยความเย็นเป็นไนโตรเจนและออกซิเจนหลังจากถูกดูดซับโดยตะแกรงโมเลกุลหนึ่งครั้ง