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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：王**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：上海 上傳時(shí)間：2022-02-27 格式：DOCX 頁數(shù)：9 大?。?44.65KB 積分：20 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、氮?dú)鈨艋桨?、 幾種工業(yè)制氮方法比較 空氣中氮?dú)庹?8.09%，氧氣占20.94%，氦氣占0.93%。現(xiàn)代工業(yè)用氮的制取方法都是以空氣為原料，將其中的氧和氮分離而獲得。為了得到濃度較高的氮?dú)?必須分離去除空氣中的氧氣。目前工業(yè)制氮主要有三種，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，已有近九十年的歷史。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(diǎn)不同(在1大氣壓下，前者的沸點(diǎn)為-183，后者的為-196)，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮?dú)狻Ｉ罾淇辗?/p>

2、制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)用較高，設(shè)備一次性投資較多，運(yùn)行成本較高，產(chǎn)氣慢(1224h），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小20%50%。深冷空分制氮裝置宜于大模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。2.分子篩空分制氮  分子篩空分制氮是以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運(yùn)用變壓吸附原理，利用碳分子篩對(duì)氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA(Pressure Swing Adsorption）制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來的一種新的制氮技

3、術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(1530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(jìn)行調(diào)節(jié)，操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，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?dú)庥脩舻臍g迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻氖走x方法。 3.膜空分制氮  膜空分制氮是八十年代國外迅速發(fā)展的又一種新型制氮技術(shù)，在國內(nèi)推廣應(yīng)用時(shí)間較短。膜空分制氮的基本原理是以空氣為原料，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

4、小、無切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn)，它特別適宜于氮?dú)饧兌?8的中、小型氮?dú)庥脩簦凶罴压δ軆r(jià)格比。而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí)，它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上。故從成本和投資規(guī)?？紤]，宜采用PSA制氮法。2、 變壓吸附(PSA)分離工藝流程2.1變壓吸附分離空氣制氮基本原理利用吸附劑對(duì)空氣中各組分吸附能力的差異，以及吸附劑的吸附容量隨壓力變化的特性，可通過加壓吸附，減壓再生的方式完成空氣分離和吸附劑的循環(huán)使用的過程。變壓吸附制氮,采用碳分子篩為吸附劑。由于碳分子篩對(duì)氧和氮的吸附速度相差很大，(見圖2.1),氧的吸附速度明顯大于氮的吸附速度，使氧優(yōu)先吸

5、附于碳分子篩而與氮?dú)夥蛛x，因此，碳分子篩制氮工藝,吸附切換時(shí)間較短，一般在60秒左右，設(shè)置兩個(gè)塔，交替吸附、再生，就能完成氧氮分離，在流出相得到產(chǎn)品氮?dú)?。碳分子篩對(duì)氧的吸附量隨吸附壓力的降低而減少，通過減壓即可解吸，完成碳分子篩的再生。圖2.1碳分子篩對(duì)氧氮的吸附動(dòng)力學(xué)曲線2.2.工藝流程其工藝流程如圖2.2：圖2.2 PSA工藝流程圖原料空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.8MPa(或以上)，經(jīng)冷卻器冷卻至常溫，再經(jīng)過濾器過濾油、水后，進(jìn)入空氣緩沖罐，穩(wěn)壓后進(jìn)入吸附塔(填充碳分子篩),空氣中氧、二氧化碳和和雜質(zhì)氣體被吸附，其余組分(主要為氮?dú)?則從出口端流出進(jìn)入緩沖罐。吸附塔經(jīng)過均壓(吸附階段完畢處于高壓

6、狀態(tài)的左塔與處于低壓狀態(tài)的右塔相連，作一段降壓，則左塔則為均壓，均壓后床層內(nèi)的壓力約為原有壓力的一半)、減壓至常壓，脫除所吸附的雜質(zhì)組分，完成碳分子篩的再生。兩吸附塔循環(huán)交替操作，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔解吸再生，可以不間斷連續(xù)產(chǎn)出產(chǎn)品氮?dú)狻?、 變壓吸附法主要影響因素1. 氣源壓力穩(wěn)定性；2. 碳分子篩性能；碳分子篩是變壓吸附制氮的核心，因此應(yīng)盡量選取性能優(yōu)良的碳分子篩。3. 管路閥門的運(yùn)行穩(wěn)定性和精確性。4、 變壓吸附法的一些改進(jìn)措施近幾年來PSA制氮技術(shù)不斷發(fā)展，裝置和流程改進(jìn)很快，提出了以下一些改進(jìn)措施。1.在產(chǎn)品儲(chǔ)罐之前增設(shè)一個(gè)循環(huán)氣罐及一條旁通管路。在啟動(dòng)的初期，不合格產(chǎn)品氮不導(dǎo)入氮儲(chǔ)

7、罐，而經(jīng)旁通管路返回吸附塔作吹洗氣。在暫時(shí)停車時(shí)，可儲(chǔ)入循環(huán)氣罐，保證產(chǎn)品儲(chǔ)罐不受污染，縮短了再啟動(dòng)時(shí)的供氣時(shí)間。2.選用優(yōu)質(zhì)碳分子篩或用多種吸附劑分層填裝制備高純氮。2005年以來，日本的可樂麗碳分子篩進(jìn)入中國市場(chǎng)，該碳分子篩較適合于生產(chǎn)99.99%以上的氮?dú)狻?.氮氧聯(lián)產(chǎn)提高收率，在建立制氮裝置或制氧裝置的同時(shí)，利用排出的富氧尾氣或富氮尾氣作原料氣，再建一套規(guī)模相適應(yīng)的制氧裝置或制氮裝置。由于尾氣中的富氧或富氮組成高于空氣中的組成，這樣，聯(lián)產(chǎn)裝置比單獨(dú)的氧/氮裝置的收率可增加10-15%。若通過改進(jìn)后的分子篩技術(shù)制取氮?dú)膺€不能滿足啤酒生產(chǎn)所需要的99.99%的純度，則還需要一個(gè)高度提純氮?dú)?/p>

8、的過程。從空氣中分離出來的氮?dú)庵兄饕碾s質(zhì)為氧氣，目前采用的除去氧氣的措施多是以氫氣在一定條件下與氧氣反應(yīng)生成水，達(dá)到除去氧氣的目的。氮?dú)鈨艋^程主要由除氧、除水兩部分組成。經(jīng)搜索閱讀相關(guān)資料，比較目前已使用的提純氮?dú)獾拇胧F(xiàn)初步擬定兩種方案。方案一、催化反應(yīng)除氧一、基本原理 將未經(jīng)凈化的氮?dú)夥Q為粗氮,經(jīng)凈化的氮?dú)夥Q為純氮。如果在粗氨中加入一定量的H2，在催化劑的作用下，可使雜質(zhì)氧和氫化合生成水。通常，為了使除氧反應(yīng)進(jìn)行得完全，除氧徹底，H2的加入量必須大于與O2完全化合的量，這部分氫叫做過剩氫。除氧催化劑必須具備活性高(反應(yīng)速度快)、比表面積大、選擇性好、壽命長及價(jià)格低等特點(diǎn)。工業(yè)上常用的

9、除氧催化劑有活性銅催化劑、鎳鉻催化劑、鈀A分子篩、活性氧化鋁鍍鈀以及鈀碳纖維等。1.除氧過程為了除去普氮中殘余的氧氣，可以把普氮和氫氣混合后通入反應(yīng)器(氫氣從氨分解發(fā)生裝置或氫氣鋼瓶獲得)，反應(yīng)器中放置的是鈀催化劑，在反應(yīng)器里恒溫80100，由于鈀催化劑的作用，氫氣與普氮中殘余的氧氣發(fā)生反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)式如下: 801002H2+O22H2O 鈀催化劑 反應(yīng)生成的水氣容易被氮?dú)鈳ё?催化劑不致受水氣影響而失效,無須再生處理,可長期使用。普氮除氧后,氮?dú)庵泻趿靠山档偷?ppm。2.除水過程除水過程主要由氣水分離器和兩只13×吸附干燥器完成。除氧后的氮?dú)饨?jīng)過冷卻器降至室溫,由氣水分離器

10、除去凝結(jié)水，氣水分離器利用其斷面擴(kuò)大，流速減慢，流向改變，把凝結(jié)水除去。兩只吸附干燥器并聯(lián)使用以進(jìn)一步深度干燥,一只工作，另一只再生，通過8只閥門啟閉切換來實(shí)現(xiàn)。吸附干燥器里充填13×干燥劑，在常溫下工作可以連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，再生時(shí)將其升溫加熱至350，恒溫45小時(shí)，并不斷通入經(jīng)計(jì)量的極少量凈化氮?dú)鉀_洗,停止加熱后,讓吸附干燥器冷卻備用。2、 工藝流程氮?dú)鈨艋b置的工藝流程如下圖所示：圖1.氮?dú)鈨艋b置流程圖 氮?dú)馀c氫氣分別由各自的匯流裝置，經(jīng)減壓后進(jìn)入到氮?dú)鈨艋錃溲b置。氮?dú)庵鳉饬髦信淙脒m量的氫氣,混合后，進(jìn)入到高效氮?dú)鈨艋鞯念A(yù)脫罐內(nèi)，脫除氣體中的油污?；旌虾筮M(jìn)入反應(yīng)器。配氫過程

11、如圖2：圖2.配氫氣流程圖 反應(yīng)器工作溫度控制在80100,普氮中雜質(zhì)氧與氫氣在鈀催化劑的作用下生成的水氣全部被氮?dú)鈳ё撸冉?jīng)過水冷卻器,把氮?dú)饨抵潦覝?氮?dú)馔ㄟ^氣水分離器時(shí),可以從分離器底部放水閥及時(shí)排除氮?dú)庵欣淠聛淼挠坞x水。氮?dú)饫淠凉窈?進(jìn)入兩只并聯(lián)吸附干燥器中,進(jìn)行深度干燥，然后經(jīng)過濾器除塵埃顆粒,最后從凈化氮出口閥口送往使用點(diǎn)。吸附干燥系統(tǒng)有左、右2個(gè)干燥罐,罐內(nèi)裝有5A分子篩,2罐可互換使用。當(dāng)左罐中的干燥劑吸水飽和后,可切換到右干燥罐繼續(xù)使用,同時(shí)分出一部分干純氣體,作為“左干燥”再生載氣。如此左右2個(gè)干燥罐切換,設(shè)備可連續(xù)使用。吸附干燥系統(tǒng)如圖3：圖3.吸附干燥系統(tǒng)示意圖裝置

12、中配備微量氧分析儀和微量水份測(cè)量儀、連續(xù)監(jiān)測(cè)或記錄氮?dú)饧兌?，進(jìn)行自動(dòng)控制。圖4.氮?dú)鈨艋髁鞒虉D3、 裝置的特點(diǎn)1. 本凈化氮?dú)獾闹迫∈且云盏b置為基礎(chǔ)，另加除氧和干燥組件，組件都安裝于金屬支架上。2. 氮?dú)鈨艋b置中無運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡單，操作、維修方便。3. 只要普氮濃度在99%以上，含氧量1%時(shí)，通過凈化裝置處理，就能得到99.99%以上濃度的氮?dú)狻?. 投資小，能耗低，凈化效率高。它不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且降低了生產(chǎn)成本。方案二、直接反應(yīng)除氧通常，當(dāng)?shù)獨(dú)庵泻趿?.5%時(shí)，可以采用直接化學(xué)法除氧。1.基本原理直按反應(yīng)法除氧是采用脫氧劑(如活性金屬或金屬氧化物)直接與粗氮中的雜質(zhì)氧發(fā)生反應(yīng)

13、,化合生成金屬氧化物,從而除去粗氮中的02。常用脫氧劑有活性氧化錳(410脫氧劑)。銀x分子篩(201催化劑),活性銅脫氧劑(0603催化劑)以及3093脫氧劑等。直接化學(xué)法除氧的典型流程如圖5所示。在該流程中兩個(gè)除氧器并聯(lián),其中一個(gè)進(jìn)行除氧，另一個(gè)進(jìn)行再生，交替輪換使用。圖5.直接反應(yīng)法除氧流程2.脫氧劑選擇 通過對(duì)北京化工研究院、蘭化公司研究院和大連化學(xué)物理研究所等幾家脫氧催化劑研制單位的調(diào)查,我認(rèn)為大連化學(xué)物理研究所研制的SO6HN型脫氧劑用在氮?dú)饷摮⒘垦跎媳容^合適。該脫氧劑在小規(guī)模工業(yè)裝置上已廣泛應(yīng)用,有成熟可靠的使用經(jīng)驗(yàn),且凈化深度深,脫氧容盤大。在充分論證基礎(chǔ)上,最終決定采用506HN型脫氧劑。506HN(貴金屬/錳基變價(jià)氧化物)脫氧劑是由貴金屬作為活性組分,氧化錳作為氧吸收體的脫氧劑。錳和銅一樣都是變價(jià)元素,具有高價(jià)和低價(jià),在這個(gè)基體上用一些貴金屬使得它的脫氧溫度和再生溫度都比較低，低價(jià)金屬