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          產品百科

          深冷制氮與變壓吸附(PSA)制氮機比較

          (發布日期:2012/11/15  點擊數:1689)

          一、前言
             
          隨著工業的迅速發展,氮氣在化工、電子、冶金、食品、機械等領域獲得了廣泛的應用,我國對氮氣的需求量每年以大于8%的速度增加。 氮氣的化學性質不活潑,在平常的狀態下表現為很大的惰性,不易與其他物質發生化學反應。因此,氮氣在冶金工業、電子工業、化工工業中廣泛的用來作為保護氣和密封氣,一般保護氣的純度要求為99.99%,有的要求99.998%以上的高純氮。液氮是一個較方便的冷源,在食品工業、醫療事業以及畜牧業的精液貯藏等方面得到越來越普遍的應用。在化肥工業生產合成氨時,合成氨的原料氣—氫、氮混合氣若用純液氮洗滌精制,可使惰性氣體的含量極微小,一氧化硫和氧的含量不超過20ppm

              純凈的氮氣無法從自然界直接汲取,主要采用空氣分離法。空氣分離法中包括:深冷法、變壓吸附法(PSA)、膜分離法。

           

          二、PSA制氮機的工藝流程和設備簡介
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          、工藝流程簡介
             
          空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機,壓縮至所需壓力,經嚴格的除油、除水、除塵凈化處理,輸出潔凈的壓縮空氣,目的是確保吸附塔內分子篩的使用壽命。裝有碳分子篩的吸附塔共有二個,一個塔工作時,另一個塔則減壓脫附。潔凈空氣進入工作吸附塔,經過分子篩時氧、二氧化碳和水被其吸附,流至出口端的氣體便是氮氣及微量的氬和氧。另一塔(脫附塔)使已吸附的氧氣、二氧化碳和水從分子篩微孔中脫離排至大氣中。這樣兩塔輪流進行,完成氮氧分離,連續輸出氮氣,見圖-2。變壓吸附制取的氮氣純度為95%-99.9%,如果需要更高純度的氮氣需增加氮氣凈化設備。變壓吸附制氮機輸出的95%-99.9%氮氣進入氮氣凈化設備,同時通過量計添加適量的氫氣,在凈化設備的除氧塔中氫和氮氣中的微量氧進行催化反應,以除去氧然后經水冷凝器冷卻,汽水分離器除水,再通過干燥器深度干燥(兩個吸附干燥塔交替使用:一個吸附干燥除水,另一個加熱脫附排水),得到高純氮氣,此時的氮氣純度可達99.9995%,見圖-3。目前國內變壓吸附制氮的生產能力為3000m3n/h


          三、深冷制氮的工藝流程和設備簡介
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          、深冷制氮的典型工藝流程:

              整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。
          ⑴ 空氣壓縮及凈化
             
          空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機,壓縮至所需壓力,然后送入空氣冷卻器,降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器,除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。

          ⑵ 空氣分離:
             
          凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器,被返流氣體(產品氮氣、廢氣)冷卻至飽和溫度,送入精餾塔底部,在塔頂部得到氮氣,液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發,同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣,冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液,另一部分作為液氮產品出空分塔。
             
          由冷凝蒸發器出來的廢氣經主換熱器復熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量,膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用,然后經消音器排入大氣。
          ⑶ 液氮汽化
             
          由空分塔出來的液氮進液氮貯槽貯存,當空分設備檢修時,貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后,送入產品氮氣管道。
             
          深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。


          四、深冷制氮與變壓吸附制氮的技術經濟比較

          1、流程比較
             
          從以上的論述中我們可以發現:變壓吸附制氮流程簡單,設備數量少,主要設備僅有空壓機、空氣干燥器、吸附制氮機和儲氣罐等。而深冷制氮流程復雜,設備數量多,主要設備有空壓機、空冷器、空氣凈化干燥器、換熱器、膨脹機和精流塔等。

          2、產品種類和純度比較

              深冷制氮不僅可以生產氮氣而且可以生產液氮,滿足需要液氮的工藝要求,并且可在液氮貯槽內貯存,當出現氮氣間斷負荷或空分設備小修時,貯槽內的液氮進入汽化器被加熱后,送入產品氮氣管道滿足工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉周期(指兩次大加溫之間的間隔期)一般為1年以上,因此,深冷制氮一般不考慮備用。而變壓吸附制氮只能生產氮氣,無備用手段,單套設備不能保證連續長周期運行。
             
          深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。氮氣純度受到氮氣負荷、塔板數量、塔板效率和液空中氧純度等的限制,調節范圍很小。因此,對于一套深冷制氮設備其產品純度基本是一定的,不便調節。變壓吸附制氮制取的氮氣純度一般在95%-99.9%范圍內,如果需要更高純度的氮氣需增加氮氣凈化設備。氮氣純度只受產品氮氣負荷的影響,在其他條件不變情況下,氮氣排出量越大,氮氣的純度就越低;反之則越高。因此,對于一套變壓吸附制氮設備只要負荷允許其產品純度可以在90-99.9%之間任意調節。
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          、運行控制比較
             
          深冷法由于是在極低溫度下進行的,設備在投入正常運行之前,必須有一個預冷啟動過程,啟動時間即從膨脹機啟動至氮氣純度達到要求的時間一般不小于12h;設備在進入大修之前,必須有一段加溫解凍的時間,一般為24h。因此,深冷法制氮設備不宜經常起、停,宜長時間連續運行。變壓吸附法啟動時,只要按一下按鈕,啟動30分鐘內便可以獲得合格的氮氣產品,如果需要高純的氮氣,那么經過氮氣凈化裝置,大約再用30分鐘便可獲得99.99%-99.9999%的高純氮氣。停機時也只需按一下按鈕便可。因此,變壓吸附制氮特別適用于間斷運行的情況。
             
          現在深冷法制氮一般均采用的DCS(或PLC)計算機控制技術,實現中控、機旁、就地一體化的控制,可有效的監控整套設備的生產過程。變壓吸附制氮采用智能化全自動控制,按鈕即可進行氮氣生產,無需專人管理。

           

          五、結論
          對于石油化工裝置,所需氮氣純度大多為99.9%,從以上對深冷制氮和變壓吸附制氮的簡介及比較中,我們可以得出以下結論:
              a)
          當氮氣連續負荷大于600 m3/h,間斷負荷用量不太大,可以通過液氮汽化滿足要求時,應采用深冷制氮。
              b)
          當氮氣連續負荷大于600 m3/h,間斷負荷用量大,液氮汽化已不能滿足其用量時,可采用以深冷制氮為主,變壓吸附間斷供氣的方式。
              c)
          當氮氣連續負荷小于600 m3/h,可采用變壓吸附制氮。
              d)
          變壓吸附制氮特別適用于氮氣負荷小于3000 m3/h,氮氣純度為95%,并且是間斷運行工況。
              e)
          當工藝裝置需要液氮時,除非有外部供應液氮的可能,否則均應采用深冷制氮。

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