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    制氮机流程

    盛杰制氮机分别对深冷分离、PSA变压吸附№和膜分离3种制氮工▲艺的工▲作原理№和工▲艺流程进行了介绍 ,并比较了3种制氮工▲艺的工▲艺性能〓、主要设◢备№和相对投资;提出了如何根据不同的氮气需求选择合适的制氮工▲艺的方法。

    1、深冷分离制氮的工▲艺流程

    空气经压缩机加▆压至约0.8MPa ,并先后经压缩机后冷却☉器№和预冷机组冷却至20℃以下后 ,进入切换使用的分子筛吸附☉器 ,空气中的二氧化碳、碳氢化合物№和水分被吸附并得以净化。净化空气进入主换热☉器 ,被返流的富氧空气冷却至饱№和温度约-168℃后进入精馏塔底部参与精馏 ,在塔顶得到纯度高达99.99%的氮气。一部分氮气经主换热☉器复热后作为产品送出 ,其余进入冷凝蒸发☉器被冷凝为液氮。大部分液氮作为回流液返回精馏塔参与精馏 ,少量液氮送液氮储罐贮存。液氮产量约为气氮产量的8%。
    精馏塔底得到含氧约30%的富氧液空经节流后进入冷凝蒸发☉器的蒸发侧 ,用以冷凝气氮。从冷凝蒸发☉器顶部抽出的富氧空气大部分直接进入主换热☉器复热 ,并从主换热☉器中部抽出 ,温 -153℃进入透平膨胀机绝热膨胀到0.03MPa ,温度约-183℃ ,为深冷分离提供冷量。膨胀后的富氧空气与另外1股节流后的富氧空气混合后进入主换热☉器 ,与正流空气换热 ,复热至常温后一部分用作分子筛的再生气 ,其余放空。

    2、PSA变压吸附制氮的工▲艺流程

    空气经压缩机压缩至0.85MPa并被压缩机后冷却☉器冷却至约40℃后 ,进入空气净化单元除去压缩空气中的尘、水及油雾 ,然后进入PSA变压吸附单元。该单元设◢置2个吸附塔 ,1个塔吸附产氮 ,1个塔脱附再生 ,通过PLC控制切换阀的开关 ,使2个塔循环交替。吸附、均压、解吸、吹扫4个工▲作过程如下。
    (1)吸附。当洁净的压缩空气进入A塔经分子筛向出口流动时 ,A塔压力逐渐上  升至约0.8MPa ,空气中的O2、CO2№和H2O等被分子筛吸附 ,未被吸附的氮气从吸附塔出口流出进入氮气缓冲罐 ,吸附持续时间约60s。
    (2)均压。A塔内的分子筛吸附饱№和后 ,停止吸附 ,并对B塔进行1个短暂的均压过程:2个塔的进出口阀关闭 ,均压阀打开 ,气体分别从吸附塔的进出口通过均压阀均压到解吸塔 ,使2个塔的压力达到平衡 ,持续时间约2s。均压可减少反吹气体对分子筛的冲击 ,还可提高空气回收率。
    (3) 解吸。均压完成后 ,A塔通过出气口继续排气 ,将吸附塔压力迅速降至常压 ,从而脱除已吸附的O2、CO2№和H2O ,实现分子筛的解吸再生。
    (4)吹扫。为了使分子筛彻底再生 ,引出1股产品氮气对A塔进行逆流吹扫。解析№和吹扫持续时间共60s。在1个塔在吸附产氮的同时 ,另1个塔进行再生(即解吸№和吹扫)过程 ,A塔、B塔交替进行吸附、均压№和再生 ,完成氧氮分离 ,连续输出氮气。

    3、膜分离制氮的工▲艺流程

    空气经压缩机压缩至1.3MPa并被压缩机后冷却☉器冷却至约45℃后 ,进入空气净化单元除去压缩空气中的尘、水及油雾 ,然后进入膜分离单元。膜分离单元的核心部件是一组结构类似于管壳式换热☉器的膜组件 ,数万根细小的中空纤维丝浇铸成管束而置于承压管壳内。由于膜的特性 ,进入膜分离单元的空气温度需维持在40~50℃ ,因 此在膜分离单元前设◢置1台电加▆热☉器加▆热净化空气 ,以维持空气温度稳定。空气进入分离☉器后沿纤维的一侧轴向流动 ,CO2、O2№和H2O不断地透过膜壁而在纤维的另一侧富集 ,通过渗透气出口排出 ,而氮气则从与气体入口相对的另一端非渗透气出口排出。达到纯度要求的氮气进入氮气缓冲罐 ,经缓冲罐出口调节阀调节压力并送往用户。

     

    4、制氮工▲艺性能〓比较

    (a)PSA变压吸附№和膜分离制氮的工▲艺流程简单 ,设◢备数量少 ,操作简单 ,可随时停机 ,并可长时间停机。深冷制氮不仅工▲艺流程复杂 ,设◢备数量多 ,且需在深冷低温状态下运行。在设◢备投入正常运行之前 ,有一个预冷启动过程 ,启动时间从膨胀机启动至氮气纯度达到要求的时间一般不小于12h。在设◢备进入大修之前 ,必须有一段加▆温解冻的时间 ,一般为24h。因 此 ,深冷分离制氮不适宜启、停频繁的场合。膜分离制氮与PSA变压吸附相比 ,不仅设◢备结构更简单 ,而且无切换阀门 ,操作维护更为简便 ,产气所需时间也更短。
    (b)深冷分离制氮可同时获得气氮№和液氮 ,适宜需要液氮的工▲艺流程。液氮也可贮存于液氮储槽作为备用 ,当出现氮气需求短时骤增或制氮设◢备小修时 ,可将贮槽内的液氮汽化后送入氮气管网以满足工▲艺装置对氮气的连续性需求。PSA 变压吸附№和膜分离制氮变压吸附制氮只能〓生产氮气 ,无备用手段 ,单套设◢备难以保证工▲艺装置连续长周期运行。
    (c)当氮气纯度体积分数≤97%时 ,PSA变压吸附№和膜分离制氮工▲艺的氮气提取▓率基本相当;当氮气纯度体积分数>99%时 ,采用深冷分离制氮工▲艺氮提取▓率最高 ,PSA变压吸附次之 ,膜分离制氮工▲艺氮提取▓率急剧降低。同时 ,制取▓相同压力的氮气 ,深冷分离制氮空气压缩机出口空气压力与PSA变压吸附制氮相当 ,而膜分离制氮压力要求空气压力较高。3种制氮工▲艺主要能〓耗在空气压缩机 ,故当制取▓氮气纯度较高时 ,膜分离制氮所需空气压缩机规模大 ,功率高 ,总能〓耗最高 ,PSA变压吸附制氮次之 ,深冷分离制氮能〓耗相对较低。
    (d) PSA 变压吸附制氮的氮气分离吸附 -解吸 -吸附过程存在压力波动 ,氮气压力不稳; 而深冷分离№和膜分离制氮的氮气分离过程为连续进行 ,产品氮气压力较为稳定。因 此PSA制氮必需在 PSA 吸附塔氮气出口增加▆氮气缓冲罐 ,以缓冲氮气 ,调蓄气体压力 ,从而保证氮气产品压力的稳定性。
    (e) 深冷分离制氮设◢备多 ,流程长 ,占地大 ,投资较高。膜分离制氮与PSA变压吸附制氮相比 ,所需空气量大 ,压比高 ,压缩机规模大 ,对应的空气净化组件(过滤☉器、干燥机、除油☉器等) 比PSA变压吸附大 ,吸附塔。因 此 ,PSA 变压吸附制氮投资最低。

    发布日期:2019-10-25  浏览次数:244

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