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工業(yè)制氮系統(tǒng):深冷制氮、PSA制氮、膜分離制氮

發(fā)布日期: 2017-01-28

現(xiàn)有的制氮工藝:

現(xiàn)場(chǎng)制氮是指氮?dú)庥脩糇再徶频O(shè)備制氮,工業(yè)規(guī)模制氮有三類:即深冷空分制氮、變壓吸附制氮和膜分離制氮。

深冷空分制氮

它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù),已有九十余年的歷史,它的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大,產(chǎn)品氮純度高,無須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料,但它工藝流程復(fù)雜,占地面積大,基建費(fèi)用高,需專門的維修力量,操作人員較多,產(chǎn)氣慢(18~24h),它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮,氮?dú)獬杀驹?.7元/m³左右。

變壓吸附制氮

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA)氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支,是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開發(fā)了碳分子篩,為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來該技術(shù)發(fā)展很快,技術(shù)日趨成熟,在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競(jìng)爭對(duì)手。

變壓吸附制氮是以空氣為原料,用碳分子篩作吸附劑,利用碳分子篩對(duì)空氣中的氧和氮選擇吸附的特性,運(yùn)用變壓吸附原理(加壓吸附,減壓解吸并使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離制取氮?dú)狻?/p>

變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比,具有顯著的特點(diǎn):吸附分離是在常溫下進(jìn)行,工藝簡單,設(shè)備緊湊,占地面積小,開停方便,啟動(dòng)迅速,產(chǎn)氣快(一般在30min左右),能耗小,運(yùn)行成本低,自動(dòng)化程度高,操作維護(hù)方便,撬裝方便,無須專門基礎(chǔ),產(chǎn)品氮純度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),產(chǎn)氮量≤2000Nm3/h。但到2017年為止,除美國空氣用品公司用PSA制氮技術(shù),無須后級(jí)純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99.999%的高純氮外(進(jìn)口價(jià)格很高),國內(nèi)外同行一般用PSA制氮技術(shù)只能制取氮?dú)饧兌葹?9.9%的普氮(即O2≤0.1%),個(gè)別企業(yè)可制取99.99%的純氮(O2≤0.01%),純度更高從PSA制氮技術(shù)上是可能的,但制作成本太高,用戶也很難接受,所以用非低溫制氮技術(shù)制取高純氮還必須加后級(jí)純化裝置。

變壓吸附制氮機(jī)

用途:
1. 制藥行業(yè)專用制氮機(jī)主要用于藥品生產(chǎn)、儲(chǔ)存、封裝、包裝待領(lǐng)域。

2. 石油天然氣行業(yè)專用制氮機(jī)適用于大陸石油及天然氣開采、沿海及深海石油及天然氣開采中的氮?dú)獗Wo(hù)、輸送、覆蓋、置換、搶險(xiǎn)、維修、注氮采油等領(lǐng)域。具有安全性高、適應(yīng)強(qiáng)、連續(xù)性生產(chǎn)待特點(diǎn)。

3. 化工行業(yè)專用制氮機(jī)適用于石油化工、煤化工、鹽化工、天然氣化工、精細(xì)化工、新材料等及其衍伸化工產(chǎn)品加工行業(yè),氮?dú)庵饕糜诟采w、吹掃、置換、清洗、壓力輸送、化學(xué)反應(yīng)攪動(dòng)、化纖生產(chǎn)保護(hù)、充氮保護(hù)等領(lǐng)域。

4. 冶金行業(yè)專用制氮肥機(jī)適用于熱處理、光亮退火、保護(hù)加熱、粉末冶金、銅材鋁材加工、磁性材料燒結(jié)、貴金屬加工、軸承生產(chǎn)等領(lǐng)域。具有純度高、連續(xù)生產(chǎn)、部分工藝要求氮?dú)夂欢康臍湟栽黾庸饬炼鹊忍攸c(diǎn)。氮?dú)庖部捎糜诮饘贌捴萍案邷睾铣蓵r(shí)的簡單保護(hù)性氛圍(但其穩(wěn)定性不及氦氣及氬氣);高溫下用于合成氮化物(如氮化硅陶瓷、氮化硼等)。

5. 橡膠輪胎行業(yè)專用制氮機(jī)適用于橡膠及輪胎生產(chǎn)硫化過程中的氮?dú)獗Wo(hù)、成型等領(lǐng)域。特別是在全鋼子午線輪胎生產(chǎn)中,用氮?dú)饬蚧鹿に囈阎鸩饺〈羝蚧に嚒>哂械獨(dú)饧兌雀?、連續(xù)性生產(chǎn)、氮?dú)鈮毫^高等特點(diǎn)。

6. 食品行業(yè)專用制氮裝置適用于糧食綠色倉儲(chǔ)、食品充氮包裝、蔬菜保鮮、酒類封(罐)裝和保存等。防爆型制氮機(jī)適用于化工、石油天然氣等對(duì)設(shè)備有防爆要求的場(chǎng)所。

膜分離制氮
膜分離制氮是以空氣為原料,在一定的壓力下,利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮?dú)?。它與上述兩種制氮方法相比,具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單、體積更小、無切換閥門、操作維護(hù)也更為簡便、產(chǎn)氣更快(3min以內(nèi))、增容更方便等特點(diǎn),但中空纖維膜對(duì)壓縮空氣清潔度要求更嚴(yán),膜易老化而失效,難以修復(fù),需要換新膜,膜分離制氮比較適合氮?dú)饧兌纫笤?le;98%左右的中小型用戶,此時(shí)具有較好功能價(jià)格比;當(dāng)要求氮?dú)饧兌雀哂?8%時(shí),它與同規(guī)格的變壓吸附制氮裝置相比,價(jià)格要高出30%左右,故由膜分離制氮和氮純化裝置相組合制取高純氮時(shí),普氮純度一般為98%,因而會(huì)增加純化裝置的制作成本和運(yùn)行成本。

氮?dú)饧兓椒?/span>

加氫除氧法

在催化劑作用下,普氮中殘余氧和加入的氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水,其反應(yīng)式:2H2+O2=2H2O,再通過后級(jí)干燥除去水份,而獲得下列主要成份的高純氮:N2≥99.999 %,O2≤5×10-6H2≤1500×10-6,H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.5元/m³左右。

加氫除氧、除氫法

此法分三級(jí),一級(jí)加氫除氧,第二級(jí)除氫,第三級(jí)除水,獲得下列組成的高純氮:N2≥99.999%,O2≤5×1010-6,H2≤5×1010-6,H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.6元/m³左右。

碳脫氧法

在碳載型催化劑作用下(在一定溫度下),普氮中之殘氧和催化劑本身提供的碳發(fā)生反應(yīng),生成CO2。反應(yīng)式:C+O2=CO2。再經(jīng)過后級(jí)除CO2和H2O獲得下列組成的高純氮?dú)猓篘2≥99.999%,O2≤5×10-6,CO2≤5×10-6,H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.6元/m³左右。

但上述三種氮?dú)饧兓椒ㄖ校椒?1)因成品氮中H2量過高滿足不了磁性材料的要求,故不采用;方法(2)成品氮純度符合磁性材料用戶的要求,但需氫源,而且氫氣在運(yùn)輸、貯存、使用中都存在不安全因素;方法(3)成品氮的質(zhì)量完全可滿足磁性材料的用氣要求,工藝中不使用H2,無加氫法帶來的問題,氮中無H2且成品氮的質(zhì)量不受普氮波動(dòng)的影響,故和其他氮?dú)饧兎ㄏ啾?,氮?dú)赓|(zhì)量更加穩(wěn)定,是最適合磁性材料行業(yè)中一種氮?dú)饧兓椒ā?/p>

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