深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟比較

1、深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟比較 PAGE 13吧深冷制氮與變壓安吸附制氮的技術(shù)襖經(jīng)濟比較汪紅柏（按中國石化集團洛搬陽石化工程公司骯）前言擺隨著工業(yè)的迅速暗發(fā)展，氮氣在化霸工、電子、冶金叭、食品、機械等百領(lǐng)域獲得了廣泛挨的應(yīng)用，我國對擺氮氣的需求量每凹年以大于8%的拜速度增加。 氮白氣的化學(xué)性質(zhì)不埃活潑，在平常的哀狀態(tài)下表現(xiàn)為很捌大的惰性，不易懊與其他物質(zhì)發(fā)生跋化學(xué)反應(yīng)。因此翱，氮氣在冶金工叭業(yè)、電子工業(yè)、唉化工工業(yè)中廣泛辦的用來作為保護扮氣和密封氣，一敖般保護氣的純度扮要求為99.9哎9%，有的要求骯99.998%吧以上的高純氮。藹液氮是一個較方扳便的冷源，在食哎品工業(yè)、醫(yī)療事百業(yè)以及畜

2、牧業(yè)的盎精液貯藏等方面霸得到越來越普遍爸的應(yīng)用。在化肥班工業(yè)生產(chǎn)合成氨拌時，合成氨的原靶料氣俺扳氫、氮混合氣若扳用純液氮洗滌精凹制，可使惰性氣笆體的含量極微小把，一氧化硫和氧伴的含量不超過2熬0傲ppm哎。扮氮氣在石油化工敗裝置中也有廣泛扳的應(yīng)用，主要應(yīng)半用及要求見下表襖：藹裝置名稱奧用 途礙負荷特點礙 純 度澳壓力等級板加氫裝置敖連續(xù)用量：用于拔氣封擺用量小靶 99.9%版 0.7MP芭a皚間斷用量：開工礙用于氣密；停工白用于吹掃盎用量較大哀 99.9%稗 0.7 M霸Pa盎重整裝置敗間斷用量：用于拜吹掃、干燥等藹用量較大頒 99.9%懊0.7 MPa阿 骯PTA裝置背連續(xù)用量：用于傲氣封扮

3、用量較小辦 99.99瓣%捌 0.7 M愛Pa拜間斷用量：反應(yīng)拌器保護擺一次用量大愛99.99%壩 4.0 M拜Pa百間斷用量：輸送隘用量大靶 95%澳 0.7 M拔Pa霸PX裝置昂連續(xù)用量：用于班氣封佰用量較小昂99.9%瓣0.7 MPa胺間斷用量：用于暗吹掃、干燥、氣襖密拌用量大熬 99.9%案 0.7 M骯Pa艾芳烴抽提裝置疤連續(xù)用量：抽提啊塔分層控制礙用量小熬 99.9%扳0.7 MPa叭間斷用量：吹掃爸、穩(wěn)壓柏用量大氨 99.9%暗0.7 MPa昂儲運把連續(xù)用量：氣封拌用量較小版 99.9%把 0.7 M矮Pa艾間斷用量：吹掃跋、氣密疤用量大傲 99.9%壩 0.7 M敖Pa捌純凈的

4、氮氣無法凹從自然界直接汲敗取，主要采用空隘氣分離法。空氣矮分離法中包括：邦深冷法、變壓吸按附法、膜分離法斑。深冷法：跋此法是先將空氣靶壓縮、冷卻，并昂使空氣液化，利藹用氧、氮組分的半沸點的不同（在絆大氣壓下氧的沸礙點為90K，氮斑的沸點為77K霸），在精餾塔的啊塔盤上使氣、液傲接觸，進行質(zhì)、稗熱交換，高沸點昂的氧不斷從蒸汽熬中冷凝成液體，拔低沸點的氮不斷辦的轉(zhuǎn)入蒸汽中，壩使上升的蒸汽中擺含氮量不斷提高奧，而下流液體中礙含氧量越來越高霸，從而使氧、氮澳分離，得到氮氣昂或氧氣。此法是岸在120K以下拔的溫度條件下進擺行的，故稱為深疤冷法空氣分離。變壓吸附法：斑變壓吸附法即P跋SA法（Pre昂ssu

5、re S疤wing Ad皚sorptio愛n），基于吸附擺劑對空氣中的氧鞍、氮組分選擇性瓣吸附而使空氣分奧離得到氮氣。當(dāng)昂空氣經(jīng)過壓縮，斑通過吸附塔的吸鞍附層時，氧分子安優(yōu)先被吸附，氮絆分子留在氣相中拔，而成為氮氣。把吸附達到平衡時氨，利用減壓將分愛子篩表面所吸附懊的氧分子驅(qū)除，捌恢復(fù)分子篩的吸啊附能力即吸附劑斑解析。為了能夠胺連續(xù)提供氮氣，盎裝置通常設(shè)置兩胺個或兩個以上的扮吸附塔，一個塔凹吸附，另一個塔芭解析，按適當(dāng)?shù)陌粫r間切換使用。膜分離法：傲膜分離法是利用礙有機聚合膜的滲胺透選擇性，從氣八體混合物中分離瓣出富氮氣體。理擺想的薄膜材料應(yīng)背具有很高的選擇跋率和滲透性。為隘了得到經(jīng)濟的流澳程，

6、需要很薄的般聚合物分離膜（絆0.1骯昂m），所以需要拔支撐。滲透器常胺為板式滲透器和耙中空纖維滲透器敖。此法，若產(chǎn)氣扳量大，所需薄膜哀表面積太大，薄柏膜價格高，雖然骯膜分離法裝置簡板單，操作方便，擺但工業(yè)應(yīng)用還不半廣泛，本篇不再澳多述。骯深冷制氮已有近盎百年的歷史，工澳藝流程不斷改進叭。變壓吸附制氮埃是近二十年發(fā)展安起來并被市場廣氨泛接受的技術(shù)。辦本篇試從流程、稗費用、運行和產(chǎn)隘品種類等方面比擺較二者的差別，把并得出相關(guān)結(jié)論暗。版深冷制氮的工藝板流程和設(shè)備簡介般1、深冷制氮的翱典型工藝流程：扮整個流程由空氣靶壓縮及凈化、空頒氣分離、液氮汽挨化組成，見圖-礙1。霸盎 空氣壓縮及凈拜化愛空氣經(jīng)空氣

7、過濾癌器清除灰塵和機捌械雜質(zhì)后進入空懊氣壓縮機，壓縮扮至所需壓力，然柏后送入空氣冷卻懊器，降低空氣溫傲度。再進入空氣吧干燥凈化器，除哎去空氣中的水份跋、二氧化碳、乙佰炔及其它碳氫化熬合物。 空氣分離：敖凈化后的空氣進班入空分塔中的主骯換熱器，被返流按氣體（產(chǎn)品氮氣熬、廢氣）冷卻至皚飽和溫度，送入凹精餾塔底部，在癌塔頂部得到氮氣百，液空經(jīng)節(jié)流后板送入冷凝蒸發(fā)器癌蒸發(fā)，同時冷凝翱由精餾塔送來的芭部分氮氣，冷凝岸后的液氮一部分癌作為精餾塔的回敖流液，另一部分昂作為液氮產(chǎn)品出頒空分塔。壩由冷凝蒸發(fā)器出啊來的廢氣經(jīng)主換哀熱器復(fù)熱到約1吧30K進膨脹機礙膨脹制冷為空分耙塔提供冷量，膨安脹后的氣體一部襖分作

8、為分子篩的八再生和吹冷用，翱然后經(jīng)消音器排頒入大氣。 液氮汽化扒由空分塔出來的百液氮進液氮貯槽骯貯存，當(dāng)空分設(shè)罷備檢修時，貯槽岸內(nèi)的液氮進入汽傲化器被加熱后，奧送入產(chǎn)品氮氣管傲道。疤深冷制氮可制取辦純度案耙99.999%叭的氮氣。阿2、主要設(shè)備簡吧介：半佰空氣過濾器：為癌減少空氣壓縮機澳內(nèi)部機械運動表壩面的磨損， 保擺證空氣質(zhì)量， 把空氣在進入空氣唉壓縮機之前，必哀須先經(jīng)過空氣過襖濾器以清除其中鞍所含的灰塵和其埃他雜質(zhì)。目前空奧氣壓縮機進氣多百采用粗效過濾器捌或中效過濾器。熬圖-1深冷制氮熬的典型工藝流程敗簡圖巴佰 空氣壓縮機：骯按工作原理，空搬氣壓縮機可分為笆容積式和速度式哎兩大類。目前空懊

9、氣壓縮機多采用唉往復(fù)活塞式空氣柏壓縮機、離心式胺空氣壓縮機和螺澳桿式空氣壓縮機芭。拔伴 空氣冷卻器：板是用來降低進入巴空氣干燥凈化器佰和空分塔前壓縮把空氣的溫度，避板免進塔溫度大幅阿度波動八,斑并可析出壓縮空敖氣中的大部分水昂分。通常采用氮按水冷卻器（由水搬冷卻塔和空氣冷哎卻塔組成：水冷皚塔是用空分塔內(nèi)懊出來的廢氣冷卻艾循環(huán)水，空冷塔鞍是用水冷塔出來扮的循環(huán)水冷卻空邦氣）、氟里昂空懊冷器。傲笆空氣干燥凈化器拌：壓縮空氣經(jīng)空瓣氣冷卻器后仍含藹有一定的水分、安二氧化碳、乙炔巴和其他碳氫化合昂物。被冷凍的水罷分和二氧化碳沉吧積在空分塔內(nèi)會靶堵塞通道、管道拌和閥門，乙炔積巴聚在液氧內(nèi)有爆霸炸的危險，灰

10、塵案會磨損運轉(zhuǎn)機械哎。為了保證空分盎裝置的長期安全稗運行，必須設(shè)置拔專門的凈化設(shè)備罷，清除這些雜質(zhì)絆?？諝鈨艋淖畋吵Ｓ梅椒ㄊ俏桨苑ê蛢鼋Y(jié)法。目稗前國內(nèi)在中小型佰制氮裝置中廣泛哎采用分子篩吸附哀法。稗拔 空分塔：空分藹塔內(nèi)主要包括有版主換熱器、液化搬器、精餾塔、冷瓣凝蒸發(fā)器等。主頒換熱器、冷凝蒸阿發(fā)器和液化器為跋板翹式換熱器是氨一種全鋁金屬結(jié)挨構(gòu)新型組合式間艾壁式換熱器，平柏均溫差很小，換骯熱效率高達98敖-99%。精餾按塔為空氣分離的擺設(shè)備，塔設(shè)備的阿類型按內(nèi)件劃分疤，設(shè)置篩孔板的爸稱篩板塔，設(shè)置艾泡罩板的稱泡罩哀塔，堆放填料的癌稱填料塔。篩孔斑板結(jié)構(gòu)簡單、便敖于制造、塔板效芭率高，因此在

11、空般分精餾塔中被廣拌泛使用。填料塔頒主要用于直徑小壩于0.8m，高版度不大于7m的佰精餾塔。泡罩塔唉由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、伴制造困難現(xiàn)已很鞍少使用。安扮 透平膨脹機：挨是制氮裝置用來胺產(chǎn)生冷量的旋轉(zhuǎn)愛式葉片機械，是拌一種用于低溫條拔件下的氣體透平八。透平膨脹機按傲氣體在葉輪中的按流向分為軸流式疤、向心徑流式和擺向心徑軸流式；按按氣體在葉輪中澳是否繼續(xù)膨脹又?jǐn)[分為反擊式和沖佰擊式，繼續(xù)膨脹懊為反擊式，不繼奧續(xù)膨脹為沖擊式澳?？辗衷O(shè)備中廣埃泛采用單級向心叭徑軸流反擊式透佰平膨脹機。爸變壓吸附制氮的柏工藝流程和設(shè)備瓣簡介般1、工藝流程簡哎介拜空氣經(jīng)空氣過濾伴器清除灰塵和機安械雜質(zhì)后進入空半氣壓縮機，壓縮斑至

12、所需壓力，經(jīng)愛嚴(yán)格的除油、除把水、除塵凈化處版理，輸出潔凈的奧壓縮空氣，目的背是確保吸附塔內(nèi)扳分子篩的使用壽拜命。裝有碳分子佰篩的吸附塔共有疤二個，一個塔工佰作時，另一個塔俺則減壓脫附。潔柏凈空氣進入工作阿吸附塔，經(jīng)過分熬子篩時氧、二氧?；己退黄湮k附，流至出口端骯的氣體便是氮氣懊及微量的氬和氧芭。另一塔（脫附頒塔）使已吸附的盎氧氣、二氧化碳唉和水從分子篩微敖孔中脫離排至大阿氣中。這樣兩塔瓣輪流進行，完成埃氮氧分離，連續(xù)哎輸出氮氣，見圖拜-2。變壓吸附班制取的氮氣純度搬為95%-99白.9%，如果需跋要更高純度的氮熬氣需增加氮氣凈稗化設(shè)備。變壓吸盎附制氮機輸出的巴95%-99.笆9%氮氣進

13、入氮版氣凈化設(shè)備，同笆時通過一流量計般添加適量的氫氣百，在凈化設(shè)備的拌除氧塔中氫和氮凹氣中的微量氧進骯行催化反應(yīng)，以靶除去氧然后經(jīng)水凹冷凝器冷卻，汽霸水分離器除水，昂再通過干燥器深拌度干燥（兩個吸暗附干燥塔交替使跋用：一個吸附干把燥除水，另一個搬加熱脫附排水）骯，得到高純氮氣拔，此時的氮氣純吧度可達99.9隘995%，見圖襖-3。目前國內(nèi)骯變壓吸附制氮最笆大的生產(chǎn)能力為爸3000捌m霸3拌n/h哎。岸圖-2變壓吸附矮制氮的工藝流程芭簡圖跋圖傲-3氮氣凈化工把藝流程簡圖胺2、主要設(shè)備簡辦介：皚該工藝中的空氣熬過濾器和空氣壓頒縮機的簡介同深拔冷制氮工藝。背哎 后冷卻器：是暗用來降低進入空辦氣干燥凈

14、化器前敖壓縮空氣的溫度罷，使之析出油和敗水的設(shè)備。通常辦采用列管式、套八管式、散熱片式巴等結(jié)構(gòu)的后冷卻拔器。八扮 油水分離器：敗它的作用是分離艾壓縮空氣中所含吧的油分和水分，埃使壓縮空氣得到安初步的凈化。斑霸 空氣干燥凈化胺器：壓縮空氣經(jīng)襖后冷卻器后仍含癌有一定的水分，扮其含量取決于空叭氣的溫度。壓縮八空氣的干燥處理吧一般采用分子篩按吸附法和冷凍干伴燥法。板岸 變壓吸附制氮埃裝置：采用的吸氨附劑通常為哀5A骯分子篩或碳分子頒篩，再生方式為拌無熱再生，高壓芭吸附、低壓或常拌壓解析。此為分礙離氮氣的核心設(shè)岸備。半埃 氮氣凈化設(shè)備翱：包括除氧塔、鞍吸附干燥器和水澳冷凝器。除氧塔拌是一個用鈀作催跋化劑

15、的催化反應(yīng)哎器。吸附干燥器矮的吸附劑為分子襖篩，再生方式為吧有熱再生（電加絆熱）。埃深冷制氮與變壓跋吸附制氮的技術(shù)矮經(jīng)濟比較1、流程比較白從以上的論述中罷我們可以發(fā)現(xiàn)：扳變壓吸附制氮流罷程簡單，設(shè)備數(shù)矮量少，主要設(shè)備敗僅有空壓機、空皚氣干燥器、吸附扮制氮機和儲氣罐邦等。而深冷制氮愛流程復(fù)雜，設(shè)備百數(shù)量多，主要設(shè)熬備有空壓機、空凹冷器、空氣凈化頒干燥器、換熱器壩、膨脹機和精流唉塔等。壩2、產(chǎn)品種類和叭純度比較挨深冷制氮不僅可吧以生產(chǎn)氮氣而且笆可以生產(chǎn)液氮，斑滿足需要液氮的礙工藝要求，并且扮可在液氮貯槽內(nèi)爸貯存，當(dāng)出現(xiàn)氮凹氣間斷負荷或空懊分設(shè)備小修時，俺貯槽內(nèi)的液氮進搬入汽化器被加熱骯后，送入產(chǎn)品

16、氮盎氣管道滿足工藝絆裝置對氮氣的需藹求。深冷制氮的扮運轉(zhuǎn)周期（指兩跋次大加溫之間的鞍間隔期）一般為翱1年以上，因此搬，深冷制氮一般挨不考慮備用。而敗變壓吸附制氮只皚能生產(chǎn)氮氣，無埃備用手段，單套八設(shè)備不能保證連熬續(xù)長周期運行。佰深冷制氮可制取百純度跋叭99.999%敗的氮氣。氮氣純安度受到氮氣負荷佰、塔板數(shù)量、塔搬板效率和液空中盎氧純度等的限制安，調(diào)節(jié)范圍很小跋。因此，對于一般套深冷制氮設(shè)備搬其產(chǎn)品純度基本奧是一定的，不便矮調(diào)節(jié)。變壓吸附拜制氮制取的氮氣皚純度一般在95跋%-99.9%吧范圍內(nèi)，如果需背要更高純度的氮八氣需增加氮氣凈搬化設(shè)備。氮氣純版度只受產(chǎn)品氮氣絆負荷的影響，在啊其他條件不變

17、情挨況下，氮氣排出敗量越大，氮氣的骯純度就越低；反八之則越高。因此柏，對于一套變壓八吸附制氮設(shè)備只把要負荷允許其產(chǎn)按品純度可以在9芭0-99.9%案之間任意調(diào)節(jié)。艾3、運行控制比凹較隘深冷法由于是在扮極低溫度下進行笆的，設(shè)備在投入伴正常運行之前，般必須有一個預(yù)冷隘啟動過程，啟動唉時間即從膨脹機愛啟動至氮氣純度翱達到要求的時間叭一般不小于12案h八；設(shè)備在進入大巴修之前，必須有百一段加溫解凍的敖時間，一般為2骯4h。因此，深阿冷法制氮設(shè)備不襖宜經(jīng)常起、停，壩宜長時間連續(xù)運版行。變壓吸附法伴啟動時，只要按佰一下按鈕，啟動懊30分鐘內(nèi)便可氨以獲得合格的氮霸氣產(chǎn)品，如果需拌要高純的氮氣，艾那么經(jīng)過氮氣

18、凈八化裝置，大約再巴用30分鐘便可岸獲得99.99班%-99.99暗99%的高純氮拔氣。停機時也只霸需按一下按鈕便跋可。因此，變壓鞍吸附制氮特別適哎用于間斷運行的跋情況。板現(xiàn)在深冷法制氮斑一般均采用先進頒的DCS（或P哎LC）計算機控八制技術(shù)，實現(xiàn)中拔控、機旁、就地扳一體化的控制，爸可有效的監(jiān)控整斑套設(shè)備的生產(chǎn)過罷程。變壓吸附制昂氮采用智能化全埃自動控制，按鈕疤即可進行氮氣生般產(chǎn)，無需專人管捌理。敗單位制氮電耗的百比較扳敗 深冷制氮電耗拔的計算：翱深冷制氮流程電扮耗主要有兩部分骯，即壓縮機電耗辦和輔機電耗（一挨般不包括氮產(chǎn)品哀的壓縮功耗和照版明用能耗）。巴八 壓縮功耗： 爸 N擺K哎=N辦捌e

19、敖 N哀K?？諌簷C功澳率，kW；辦 佰埃e 電動拔機效率，%（由壩電動機生產(chǎn)廠提白供）；笆 N懊電動機輸入功率拜，kW；頒般輔助電耗：N拜f擺=N昂1胺+N懊2擺+N跋3班+N翱4案+N唉5稗+N凹6皚+N捌7氨+N熬8耙 N扳1凹壓縮機主案油泵電耗，kW笆；般 N暗2藹壓縮機潤版滑油系統(tǒng)抽風(fēng)機翱電耗，kW；板 N鞍3哀膨脹機油凹泵電耗，kW；捌 N暗4啊空冷塔水敖泵電耗，kW；捌 N拌5翱水冷塔水絆泵電耗，kW；壩 N扒6俺水冷塔抽哎風(fēng)機電耗，kW暗；骯 N暗7凹冷凍機電暗耗，kW；俺 N伴8拌藹分子篩再生電耗絆，kW；澳班成套設(shè)備總電耗罷： 芭百N= N頒K翱+ N埃f澳班單位制氮電耗：按

20、 N哎N2岸=哀板N/襖百V埃N2啊 拜 耙 敗矮V跋N2胺=V埃1挨+3V辦2藹 V半1案氣氮總量絆，m熬3八n/h；罷 V俺2伴液氮產(chǎn)量暗換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)把的氣氮量，m版3邦n/h；笆埃 變壓吸附制氮班電耗的計算罷變壓吸附制氮流愛程電耗主要有兩唉部分，即壓縮機鞍電耗和輔機電耗唉（一般不包括氮隘產(chǎn)品的壓縮功耗拜和照明用能耗）皚。辦擺 壓縮功耗： 班 N佰K鞍=N版半e伴 N班K扮空壓機功般率，kW；案 辦伴e 電動癌機效率，%（由敗電動機生產(chǎn)廠提罷供）；疤 N耙電動機輸入功率隘，kW；埃唉輔助電耗：N暗f安=N熬1擺+N八2班 N白1澳預(yù)冷機組邦功率，kW；哎 N凹2案氮氣凈化氨裝置中分子篩再

21、捌生電耗，kW；板盎成套設(shè)備總電耗唉： 案扮N= N哀K俺+ N瓣f耙懊單位制氮電耗：阿 N稗N2安=般背N/V拜1熬 版 佰 V捌1絆氣氮總量吧，m安3矮n/h；啊氨 單位制氮電耗襖比較表（氮氣產(chǎn)絆品的壓力均為0柏.7MPa）背氮氣產(chǎn)量笆（辦m爸3爸n/h）柏深冷制氮版變壓吸附制氮巴純度：95%芭純度：99.9笆%懊純度：95%拜純度：99.9埃%哀單位制氮電耗扮（kWh/拜 m搬3疤nN2）半單位制氮電耗傲（kWh/哎 m跋3半nN2）柏單位制氮電耗罷（kWh/藹 m笆3阿nN2）昂單位制氮電耗稗（kWh/版 m拜3安nN2）敖100扒0.巴82板0白.82礙0.4班0.86扳300佰0.

22、5壩1板0.51隘0.36版0.52癌600唉0.4挨5熬0.4拜6霸0.36捌0.45傲 1000瓣0.4哎2絆0.4暗3半0.35背0.41拔 1500按0.氨41柏0.案41巴0.35暗0.39傲 2000唉0.4笆0拌0.4藹1佰0.35矮0.38藹 3000昂0.半39疤0.40笆0.35艾0.37案單位制氮電耗是扮反映整套設(shè)備能凹耗的一個重要指吧標(biāo)，從對比表中翱可以看出：對于芭生產(chǎn)高純度氮氣按（純度在99.佰9%以上），深癌冷制氮與變壓吸哎附制氮的單位電埃耗相差不大；但板對于生產(chǎn)純度較敗低的氮氣，變壓澳吸附制氮在單位澳電耗上有著明顯澳的優(yōu)勢?；ㄙM用的比較拜變壓吸附制氮設(shè)辦備數(shù)量較