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      制氮機原理介紹

      發(fā)布日期: 2011-10-19

      工業(yè)中有三種,即深冷空分法、分子篩空分法(PSA)和膜空分法。

      1、深冷空分制氮
      深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法,已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料,經(jīng)過壓縮、凈化,再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧和液氮的沸點不同(在1大氣壓下,前者的沸點為-183℃,后者的沸點為-196℃),通過液空的精餾,使它們分離來獲得氮氣。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大,基建費用較高,設(shè)備一次性投資較多,運行成本較高,產(chǎn)氣慢(12~24h),安裝要求高、周期較長。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素,3500Nm3/h以下的設(shè)備,相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20%~50%。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮,而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟。

      深冷空分制氮原理
      深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮氣而且可以生產(chǎn)液氮,滿意需要液氮的工藝要求,并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存,當(dāng)出現(xiàn)氮氣間斷負(fù)荷或空分設(shè)備小修時,貯槽內(nèi)的液氮進入汽化器被加熱后,送入產(chǎn)品氮氣管道滿意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉(zhuǎn)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(chǎn)氮氣,無備用手段,單套設(shè)備不能保證連續(xù)長周期運。

      2、分子篩空分制氮
      以空氣為原料,以碳分子篩作為吸附劑,運用變壓吸附原理,利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法,通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比,它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產(chǎn)氣快(15~30分鐘)、能耗低,產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進行調(diào)節(jié),操作維護方便、運行成本較低、裝置適應(yīng)性較強等特點,故在1000Nm3/h以下制氮設(shè)備中頗具競爭力,越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎,PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的比較青睞方法。

      制氮機原理圖

      制氮機原理圖

      psa變壓吸附制氮原理
      碳分子篩可以同時吸附空氣中的氧和氮,其吸附量也隨著壓力的升高而升高,而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無明顯的差異。因而,僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進一步考慮吸附速度的話,就能將氧和氮的吸附特性有效地區(qū)分開來。氧分子直徑比氮分子小,因而擴散速度比氮快數(shù)百倍,故碳分子篩吸附氧的速度也很快,吸附約1分鐘就達到90%以上;而此時氮的吸附量僅有5%左右,所以此時吸附的大體上都是氧氣,而剩下的大體上都是氮氣。這樣,如果將吸附時間控制在1分鐘以內(nèi)的話,就可以將氧和氮初步分離開來,也就是說,吸附和解吸是靠壓力差來實現(xiàn)的,壓力升高時吸附,壓力下降時解吸。而區(qū)分氧和氮是靠兩者被吸附的速度差,通過控制吸附時間來實現(xiàn)的,將時間控制的很短,氧已充分吸附,而氮還未來得及吸附,就停止了吸附過程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化,也要將時間控制在1分鐘以內(nèi)。整套系統(tǒng)由以下部件組成:壓縮空氣凈化組件、空氣儲罐、氧氮分離裝置、氮氣緩沖罐。

      3、膜空分制氮
      以空氣為原料,在一定壓力條件下,利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點,它特別適宜于氮氣純度≤98%的中、小型氮氣用戶。而氮氣純度在98%以上時,它與相同規(guī)格的PSA制氮設(shè)備相比價格要高出15%以上。

      膜分制氮原理
      空氣經(jīng)壓縮機壓縮過濾后進入高分子膜過濾器,由于各種氣體在膜中溶解度和擴散系數(shù)不同,導(dǎo)致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據(jù)這一特性,可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。
      當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)壓力差的作用下,滲透速率相對快的氣體,如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后,在膜的滲透側(cè)被富集,而滲透速率相對較慢的氣體,如甲烷、氮氣、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側(cè)被富集,從而達到混合氣體分離的目的。

      制氮機參數(shù)
      1、使用壓力:傳統(tǒng)的制氮機出口壓力通常在0.1-0.6mpa,但有些過程需要高氮壓。在這個時候,一個渦輪增壓器加壓所需氮所需壓力。
      2、露點:大多數(shù)用戶使用氮氣時對露水的需求很少。在選擇干燥器時,要求露點的用戶選擇吸附干燥器,因為吸附干燥機的露點低于冷干燥器的露點。
      3、流量:流量是制氮機的核心參數(shù)。許多客戶不知道他們需要多少氮氣機的流量。使用瓶裝氮和液態(tài)氮的用戶實際上可以計算所需制氮機的近似流量。
      4、純度:純度也是制氮機的一個非常關(guān)鍵的參數(shù)。不同行業(yè)的氮純度不同,用戶可以參考自己行業(yè)的純度。

      制氮機技術(shù)特點
      1、 工藝特點:
      (a) 變壓吸附制氮設(shè)備具有適用氣源廣、產(chǎn)品純度高、工藝簡單、操作自動化程度高、運行費用低、等特點。
      (b) 壓縮空氣凈化組件使用壽命長易更換、易維護。
      (c) 制氮設(shè)備出口流量大、出口壓力可在設(shè)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
      (d) 根據(jù)生產(chǎn)情況可隨時開、停車。
      (e) 產(chǎn)品氮氣純度高,通過變壓吸附方式即可達到氮氣純度>99.99%,無需再配置氮氣純化設(shè)備。

      2、 技術(shù)設(shè)計特點:
      (a)采用了獨特的分子篩密實裝填技術(shù),及壓緊裝置,既避免了氣流在高速流動中,沖擊分子篩造成的分子篩粉化現(xiàn)象,提高了系統(tǒng)長期運行的可靠性。
      (b) 科學(xué)合理的工藝流程和設(shè)備配置,設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、外型美觀,占地面積小。
      (c) 設(shè)備運行成本低,氮氣純度、流量穩(wěn)定可靠。
      (d) 空氣預(yù)處理部分設(shè)備,每級過濾器都帶有壓差指示,自動排污系統(tǒng)。
      (e)設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)件連接拆卸,安裝、維護更方便,更便捷。
      (f) 用高可靠性的進口程控閥門,使用壽命長,能夠滿足設(shè)備長期穩(wěn)定運行需要。
      (g) 自動化程度高,采用我公司自研發(fā)的微電腦自動程序控制系統(tǒng),設(shè)備可自動化運行,并可根據(jù)需要調(diào)節(jié)氮氣純度、壓力、流量。
      (h) 設(shè)備采用航空鋁型材更佳使用于食品、醫(yī)藥行業(yè)或要求氣源更高精度。

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