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摘要:介绍了PSA变压吸附制氮技术和低温法制氮技术的原理、工艺流程及技术特点，并根据工程经验对种制氮技术从技术特点、投资、占地等多方面综合比较分析，指出具体工程中种技术的适用原则。 关键词:空气分离;变压吸附;低温法 近年来，随着工业的迅速发展，氮气在化工、电子、冶金、食品、机械等领域获得了广泛的应用，我国对氮气的。氮气的化学性质不活泼，在平常状态下表现为很大的惰性，不易与其他物质发生化学反应，主要用作保护气、密封气、开停车吹扫等。工业中用空气分离法制氮，目前空气分离法制氮主要有以下PSA变压吸附法、低温法和膜分离法。目前化工项目广泛应用的是PSA压吸附制氮技术和低温法制氮技术。工程项目中具体制氮方案的选择需要根据氮气规模、操作稳定要求、氮气纯度等具体要求，并根据技术经济比较，来选择合适、经济节能的制氮方案，EPC(交钥匙工程总承包)项目中优化设计显得更加重要。本文重点介绍并讨论PSA氮技术和低温法制氮技术。Cryogenic sePARation在短时间内，氧的吸附速度大大超过氮的吸附速度，利用这一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，降低压力，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，且较容易减压解吸。1—O2碳分子筛对氧氮的吸附动力学曲线变压吸附工作流程装有专用碳分子筛的吸附塔分为被其吸附，产品氮气得到富集并由吸附塔上方出口处自动流出。经过一段时间吸附后，A塔内的碳分子筛吸附达到塔经过微机控制自动停止吸附并经过短时间的均压后，压缩空气自动流入塔相同。同时并对PSA变压吸附制氮技术变压吸附原理吸附剂是PSA制氮设备的核心部分。一般地，PSA制氮设备选择的是碳分子筛，它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不能被吸附。变压吸附制氮技术采用碳分子筛为吸附剂，碳分子筛对氧氮的吸附速度相差很大，如将吸附塔内压力迅速下降至常压，这时已被吸附的迅速被排入大气中，从而实现再生。两塔交替工作进行吸附和再生，完成氮、氧分离，连续不断地制出成品氮气。经典PSA制氮流程图如图所示。空气液化成为液体空气，再利用液氧、液氮的沸点不同，沸点低的液氮相对于液氧容易气化这个特性，通过对液体空气的精馏，在精馏塔内让温度较高的蒸气和温度较低的液体不断接触，使上升蒸气的含氮量不断提高，下降液体的含氧量不断增大，氧在精馏塔底部富集，形成富氧液体空气，在精馏塔顶部得获得氮气工作流程空气经吸入过滤器去除其灰尘及其他杂质后，进入空气压缩机压缩至约Mpa，同时在末端冷却器中冷却至40，再经冷冻机组冷却至右，进入水分离器分离其中水分，然后进入分子筛吸附器去除空气中的以及CO台再生。净化后空气进入分馏塔，在主换热器中冷却后进入精馏塔底部，精馏为产品氮气及富氧液体空气。塔底部的富氧液体空气经过冷、节流后，进入冷凝蒸发器与氮气换热，液体空气蒸发为废气，氮气则被冷凝作为塔回流液，一小部分作为液氮产品抽出送入贮槽。从冷凝蒸发器上部抽出的废气在过冷器及液化器中复热，然后进入透平膨胀机制冷。膨胀后废气经过冷器、液箱。其一部分作为分子筛系统再生气，另一部分放空。产品氮气自塔顶抽出，经过冷器、液化器及主换热器复热至常温，排出分馏塔系统。空气分离和液化所需的冷量基本上由膨胀机提供。低温法制氮的工艺流程图如图1—压缩机;2—过滤器;3—干燥器;4—过滤器;5—吸附塔;6—过滤器;7—氮气缓冲罐流程特点PSA制氮流程简单，设备数量少，主要设备仅有空压机、干燥器、制氮机和储气罐等，且设备紧凑，占地面积小，空气净化组件和PSA制氮装置可安装在同一底座上，组成一体化结构。氮气体积分数适用于要求产品氮气体积分数比较低的场合。PSA制氮产品体积分数一般在95.0%-99.9%果需要更高体积分数的氮气需增加氮气净化设备。在其他条件不变情况下，氮气排出量越大，氮气的体积分数就越低;反之则越高。对于变压吸附制氮设备，只要负荷允许，其产品体积分数可在90.0%99.9%任意调节。但随着运行时间变长，体积分数可能会逐渐降低，到一定程度就需更换分子筛。操作及运行特点PSA启动快，适合间歇运行场合。PSA时，只要按一下按钮，启动30min内便可以获得合格的氮气产品，如果需要高纯的氮气，只需经过氮气净化装置，大约再用30min便可获得高纯氮气。停机时也只需按一下按钮便可。PSA制氮采用智能化全自动控制，无需专人管理。氮气提取率PSA制氮气提取率99.9%的氮气的空氮比约为1，而且纯度越高，氮气提取率越低。1—空气压缩机;2—预冷机组;3—吸附器;4—电加热器;6—透平膨胀机;7—主换热器;8—精馏塔;9—冷凝蒸发器低温法制氮技术特点低温法制氮技术流程特点设备较复杂，有空气过滤器、空气压缩机、预冷机组、吸附器、电加热器、主换热器、精馏塔、冷凝蒸低温法制氮原理先将空气通过压缩、冷却、降温，通过热交换把现代化工78氮气体积分数适用于要求产品氮气体积分数高的场合。低温法制氮可制取体积分数99.999%的氮气。氮气体积分数受到氮气负荷、塔板数量、塔板效率和液体空气中氧体积分数等的限制，调节范围很小。因此，对于低温法制氮设备其产品体积分数基本是一定的，不便调节。操作及运行特点适用于连续用氮气的场合。低温法由于是在极低温度下进行的，设备在投入正常运行之前，必须有一个预冷启动过程，从膨胀机启动至氮气纯度达到要求的时间一般不小于12设备在进入大修之前，必须有一段加温解冻的时间，一般为24h。因此，低温法制氮设备不宜经常启、停，宜长时间连续运行。现在低温法制氮一般均采用先进的DCSPLC)计算机控制技术，实现中控、机旁、就地一体化的控制，可有效地监控整套设备的生产过程。低温法制氮不仅可以生产氮气而且可以生产液氧。低温法制氮不仅满足液氮的实时工艺需要，而且也可将液氮储存在贮槽内，当出现氮气负荷间断或空分设备检修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，满足对氮气的需求。低温法制氮的运转周期指两次大加温之间的间隔期)一般为以上，因此低温法制氮一般不考虑备用。占地面积相对较小相对较大切换阀门及噪声切换阀切换频繁，容易空气预处理系统每疲劳损坏，提供氮气不连换一次，而且切换平缓，无冲PSA方式噪声很大基建费设备数量较少，对厂房资金，基建投资高有，临时停电时，启动液氮气化结语PSA制氮和低温法制氮都是成熟技术，各有优缺点。在实际工程中，需根据项目的实际情况，综合分析比较来选取经济合理的制氮方案，并可参考以下原则:99.9%规模适宜采用PSA大规模工业制氮，且氮气体积分数要求高，要求连续长周期稳定运行的场合，特别在体积分数99.99%当所需氮气量大，如果采用PSA变压吸附制氮工艺则需要多套设备并联，增加了设备投资和占地面积时，宜采用低温法。求，且市场采购不便情况下，宜用低温法同时保证液氮来源。对环境要求高，需要减少噪声的场合，宜采用低温法。 |