空分制氮機工藝及選型

空分制氮機是以空氣為原料，利用物理的方法,將其中的氧和氮分離而獲得。
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?？蛻?hù)可根據現場(chǎng)需求選擇不同的空分制氮方式，主要參考依據有需求參數、液氮或者氣氮等。

分子篩空分制氮
1)基本原理

由于氧氣和氮氣在分子篩吸附劑微孔內擴散速度不同，當空氣經(jīng)過(guò)分子篩時(shí)，直徑較小的氧氣分離以較快的速度向微孔內擴散，并優(yōu)先被分子篩所吸附，剩下直徑較大的氮分子供用戶(hù)使用，而后再采用解吸方法釋放分子篩中的富氧成分。因此分子篩空分法要連續生產(chǎn)需使用二個(gè)吸附罐，切換使用。

2)工藝流程

分子篩空分制氮系統的核心分子篩（如碳分子篩），裝在吸附塔 A 和 B 之內，工作時(shí)壓縮空氣過(guò)濾后分別進(jìn)入 A 塔和 B 塔， A 與 B 兩塔交替輪換進(jìn)行加壓吸附產(chǎn)氮和減壓解吸再生的變壓吸附操作。實(shí)現氧氮分離，從而連續制氮。

3)特點(diǎn)
與傳統的深冷法相比它具有如下優(yōu)點(diǎn)：
A.起動(dòng)速度較快：通常在開(kāi)機后30分鐘左右便可獲得合格的產(chǎn)品氮氣。而深冷法則需6小時(shí)以上的啟動(dòng)時(shí)間。
B.隨時(shí)停機：可根據需要隨時(shí)開(kāi)車(chē)和停機，即使停機數小時(shí)甚至幾天，都不會(huì )影響運行工況，而深冷則做不到。
C.實(shí)現自動(dòng)化操作：設備少，運行正常后就可進(jìn)行自動(dòng)化及無(wú)人操作。而深冷裝置機組多。故障因素多，即使自動(dòng)化程度很高也得有人看管。
D.裝置緊湊，占地面積?。阂蛟O備少無(wú)需建專(zhuān)用廠(chǎng)房，工程建筑投資省，而深冷機組復雜，占地面積大，故工程建設造價(jià)高。

深冷空分制氮

深冷空分制氮是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)過(guò)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(diǎn)不同，通過(guò)液空的精餾，使它們分離來(lái)獲得氮氣。

特點(diǎn)：
1)低溫換熱器、精餾塔等低溫容器及管道置于保冷箱內，并充填有熱導率低的絕熱材料，防止從周?chē)鷤魅霟崃?，減少冷損，否則設備無(wú)法運行；

2)用于制造低溫設備的材料，要求在低溫下有足夠的強度和韌性，以及有良好的焊接、加工性能。常用鋁合金、銅合金、不銹鋼等材料；

3)空氣中高沸點(diǎn)的雜質(zhì)，例如水分、二氧化碳等，應在常溫時(shí)預先清除。否則會(huì )堵塞設備內的通道，使裝置無(wú)法工作；

4)空氣中的乙炔和碳氫化合物進(jìn)入空分塔內，積聚到一定程度，會(huì )影響安全運行，甚至發(fā)生爆炸事故。因此，必須設置凈化設備將其清除；

5)貯存低溫液體的密閉容器，當外界有熱量傳入時(shí)，會(huì )有部分低溫液體吸熱而氣化，壓力會(huì )自動(dòng)升高。為防止超壓，必須設置可靠的安全裝置；

6)低溫液體漏入基礎，會(huì )將基礎凍裂，設備傾斜。因此必須保證設備、管道和閥門(mén)的密封性，要考慮熱脹冷縮可能產(chǎn)生的應力和變形；

7)被液氧浸漬過(guò)的木材、焦炭等多孔有機物質(zhì)，當接觸火源或給以一定的沖擊力時(shí)，會(huì )發(fā)生激烈的燃爆。因此，冷箱內不允許有多孔性的有機物質(zhì)。對液氧的排放，應預先考慮有專(zhuān)門(mén)的液氧排放管路和容器，不能走地溝；

8)低溫液體長(cháng)期沖擊碳素鋼板，會(huì )使鋼板脆裂。因此，排放低溫液體的管道及排放槽不能采用碳素鋼制品； 　

9)氮氣、氬氣是窒息性氣體，其液體排放管應引至室外。氣體排放管應有一定的排放高度，排放口不能朝向平臺樓梯；

10)氧氣是強烈的助燃劑，其排放管不能直接排在不通風(fēng)的廠(chǎng)房?jì)取?/p>

膜空分制氮

1)原理
壓縮空氣由中空纖維膜分離器的纖維管程進(jìn)料，其分離推動(dòng)力就是氣體各組分的分壓在中空纖維內腔原料側與外腔（滲透側）所形成的分壓差，當氣流沿中空纖維內腔表面流動(dòng)時(shí)，各組分在其分壓差的推動(dòng)下，滲透到絲外。“快氣”如氧氣 H2O 迅速滲透。所以絲外（滲透）氣流量為富集氧氣，壓力為一大氣壓，被排放至大氣中。而那些氮氣、氫氣的溶解擴散速度較低，決定了它們通過(guò)膜的滲透速度較慢，因此管程（非滲透側）氣流為富集氮氣，氮氣壓力損失很小，產(chǎn)品氮的壓力只略低原料氣的壓力。

2)工藝流程
如上所述，薄膜空分制氮是利用空氣中的氧和氮通過(guò)中空纖維膜時(shí)的不同滲透率，把壓縮空氣分離為富氧和富氮的兩股氣流。薄膜空分制氮裝置由膜分離器，空壓機，加熱器等部分組成。在空分制氮流程中，中空纖維膜分離器是核心部分，過(guò)濾及加熱部分是為保證原料氣能清潔恒溫地進(jìn)入膜分離器延長(cháng)膜的使用壽命。分離器的左端是空氣入口．氣體進(jìn)入空纖維膜后氧氣迅速滲透過(guò)去，從側口出去，氮氣繼續前進(jìn)從分離器的右端出去。在系統中，分離器是并聯(lián)安裝的，并聯(lián)多少分離器可根據產(chǎn)氣量和空壓機排量等諸多因素而定。

3)特點(diǎn)
由于膜分離器原理及結構簡(jiǎn)單合理，所以比深冷法和分子篩法具有更多的優(yōu)越性，除分子篩空分法所具有的優(yōu)點(diǎn)外，膜法還具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
A.啟動(dòng)迅速：從開(kāi)機到產(chǎn)出氮氣只需 5 分鐘左右，而深冷法需6個(gè)小時(shí)以上，分子篩需要30分鐘左右。
B.無(wú)運動(dòng)部件：深冷及分子篩系統中均有運動(dòng)部件，而膜法沒(méi)有，不需維修，可靠性高。
C.可移動(dòng)性強：全部設備、儀表可以集中安裝在一個(gè)可移動(dòng)的框架上，靈活性高，可在多種場(chǎng)合就地現場(chǎng)制氮。

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