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摘要：氮气是一种中性惰性气体，非活化状态下，氮气可作为保护气体用于防爆(惰化)或防止工作介质被氧化等场所，被广泛用于石油化工、天然气开采及加工、金属热处理、干燥和防腐保护等领域中。文章介绍了PSA制氮装置的配置、工作原理及PSA制氮装置的应用以及简单故障处理。关键词：变压吸附; 制氮装置; PSA; 故障处理; 吸附分离系统PARagraph" style="margin-left:21.0pt;text-indent:-21.0pt;mso-char-indent-count:0;mso-list:l0 level1 lfo1">PPOrtLists]-->一、概述氮气是一种中性惰性气体，非活化状态下，氮气可作为保护气体用于防爆(惰化)或防止工作介质被氧化等场所，被广泛用于石油化工、天然气开采及加工、金属热处理、干燥和防腐保护等领域中。变压吸附制氮是近来发展起来的高效节能的新型气体分离技术。它利用空气作原料，在有电能的条件下制取氮气。国外PSA工业制氮应用是在20世纪80年代初期，经过近30多年研究开发，变压吸附装置在降低能耗、降低投资、工艺流程简化、提高可靠性方面，都有了很大的进步，得以广泛应用。二、基本流程和配置根据氮气用量和使用要求，各装置的流程略有差异，但是基本流程和配置为：空气压缩机储罐管道过滤器冷冻干燥机(或其他再生干燥塔)(超)精过滤器高效除油器缓冲储罐吸附塔A／B(两塔流程)粉尘过滤器氮气缓冲储罐氮分析仪用户。空气经压缩机压缩至0.8MPa，经空气储罐冷却至常温，再经管道过滤器油液分离进入冷冻式干燥机，流经精过滤器、超精过滤器和高效除油器除去油及液态水到达缓冲储罐，再进入碳分子筛吸附塔组成的变压吸附分离系统，压缩空气从容器底部进入后，空气中氧气、二氧化碳和水分被吸附剂选择吸附，其余组份(主要为氮气)则从出口端流出，经粉尘过滤器进入氮气缓冲罐，经氮气缓冲罐后作为产品氮气输出。之后，吸附塔经均压、减压至常压等过程，脱除所吸附的杂质组份，完成碳分子筛的再生。两吸附塔循环交替操作，连续送人空气，连续产出氮气。氮气经计量及氮气分析仪分析纯度达标后进入氮气输送总管供使用。上述过程，由PLC控制系统自动控制。氮气纯度可高达99.99％，氮气压力基本设计在0.6MPa左右。二、变压吸附制氮与再生技术基本原理s吸附剂是PSA制氮设备的核心部分，变压吸附常使用碳分子筛(CMS)，是一种非极性速度分离型吸附材料。常以煤为主要原料，纸张或焦油为粘结剂经过特殊加工而成活性碳，粒径平均为1.5nm，是一种半永久的吸附剂。分子筛在生产过程中添加磁性氧化铁，可大幅提高其吸附性能。CMS充满微孔和空腔，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的内部中来，而把比孔道大的分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子、极性程度不同的分子、沸点不同的分子、饱和程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。当气体与多孔的分子筛接触时，因分子筛表面分子与内部分子不同，具有剩余的表面自由力场或表面引力场，使气相中的可被吸附的氧分子碰撞到分子筛表面后，即被吸附。随着吸附的进行，吸附于表面的氧分子逐渐增加，吸附表面逐渐被氧分子覆盖，分子筛再吸附的能力下降，最终失去吸附能力，即达到吸附平衡；利用分子筛吸附剂对不同气体组分在吸附量、吸附速度(分子直径小的氧分子比分子直径稍大的氮分子在运动中的扩散速度要快十倍)、吸附力等方面的差异，以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化，因此可在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，减低压力解吸所吸附的杂质组份，从而实现气体分离以及吸附剂的循环使用。变压吸附制氮技术，一般采用PSA碳分子筛为吸附剂，碳分子筛对氧氮的吸附速度相差很大，在短时间内(最佳吸附时间为68秒)加压情况下，氧的吸附速度大大超过氮的吸附速度，氧分子被碳分子筛大量吸附，而氮分子吸附很少，利用该特性来完成氧氮分离。碳分子筛对氧的吸附容量随压力的降低而减少，减低压力，被吸附的氧分子则从碳分子筛中逸出，通过塔的下部进入消音器后排出大气，即可解吸，完成碳分子筛的再生。另外，碳分子筛对二氧化碳和水分也有吸附能力，且较易减压解吸。通常PSA制氮机采用双吸附并联交替进行吸附产氮，解吸再生，实现氧、氮分离，连续供气。为取得好的操作性能和长的寿命，分子筛使用一定时间后必须再生。正确再生后的分子筛同新鲜的一样，其吸附性能和机械性能的衰减和老化非常低。分子筛再生方法有变温和变压两种，常用改变相对压力：保持吸附剂温度不变，通过降低压力和惰性气体反吹，除去吸再生同吸附逆向的，这可使被吸附床入口处的大部分吸附质不必通过整个床层，部分分子筛也可不与湿热气体接触，从而提高分子筛使用寿命。再生气应尽可能干燥，否则会影响吸附效率。瑞气是一家从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司，是中国常温空分领域的领导品牌和功勋企业。公司的核心业务包括：气体设备+气体产品。上海瑞气始创于1979年，在常温空分应用领域，我们拥有40年的经验，始终坚持为客户创造价值的理念，为全球气体及气体设备领域提供独特的产品、服务、技术咨询和解决方案。在中国，瑞气50多个营销分支机构、100多个服务网点遍布30多个省市；在全球，瑞气的营销遍及东南亚、中东、欧洲和南美，产品远销20多个国家，在石油、化工、煤矿、冶金、轮胎、医疗、食品、航空等行业得到广泛应用。我们的用户来自各行各业，其中包括BOC、普莱克斯、空气化工产品、杜邦、住友、一汽、中石化、中海油、青岛啤酒、燕京啤酒、上海造币厂、内蒙古亿利化学及全国各矿业集团等。 |