空分制氮機(jī)工藝及選型

空分制氮機(jī)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。

深冷空分制氮
深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，已有近幾十年的歷史。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不同，通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。

特點：
1)低溫?fù)Q熱器、精餾塔等低溫容器及管道置于保冷箱內(nèi)，并充填有熱導(dǎo)率低的絕熱材料，防止從周圍傳入熱量，減少冷損，否則設(shè)備無法運(yùn)行；

2)用于制造低溫設(shè)備的材料，要求在低溫下有足夠的強(qiáng)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)空氣中高沸點的雜質(zhì)，例如水分、二氧化碳等，應(yīng)在常溫時預(yù)先清除。否則會堵塞設(shè)備內(nèi)的通道，使裝置無法工作；

4)空氣中的乙炔和碳?xì)浠衔镞M(jìn)入空分塔內(nèi)，積聚到一定程度，會影響安全運(yùn)行，甚至發(fā)生爆炸事故。因此，必須設(shè)置凈化設(shè)備將其清除；

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

6)低溫液體漏入基礎(chǔ)，會將基礎(chǔ)凍裂，設(shè)備傾斜。因此必須保證設(shè)備、管道和閥門的密封性，要考慮熱脹冷縮可能產(chǎn)生的應(yīng)力和變形；

7)被液氧浸漬過的木材、焦炭等多孔有機(jī)物質(zhì)，當(dāng)接觸火源或給以一定的沖擊力時，會發(fā)生激烈的燃爆。因此，冷箱內(nèi)不允許有多孔性的有機(jī)物質(zhì)。對液氧的排放，應(yīng)預(yù)先考慮有專門的液氧排放管路和容器，不能走地溝；

8)低溫液體長期沖擊碳素鋼板，會使鋼板脆裂。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(yīng)引至室外。氣體排放管應(yīng)有一定的排放高度，排放口不能朝向平臺樓梯；

10)氧氣是強(qiáng)烈的助燃劑，其排放管不能直接排在不通風(fēng)的廠房內(nèi)。

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(nèi)擴(kuò)散速度不同，當(dāng)空氣經(jīng)過分子篩時，直徑較小的氧氣分離以較快的速度向微孔內(nèi)擴(kuò)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(xù)生產(chǎn)需使用二個吸附罐，切換使用。

2)工藝流程

分子篩空分制氮系統(tǒng)的核心分子篩（如碳分子篩），裝在吸附塔 A 和 B 之內(nèi)，工作時壓縮空氣過濾后分別進(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。實現(xiàn)氧氮分離，從而連續(xù)制氮。

3)特點
與傳統(tǒng)的深冷法相比它具有如下優(yōu)點：
A.起動速度較快：通常在開機(jī)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小時以上的啟動時間。
B.隨時停機(jī)：可根據(jù)需要隨時開車和停機(jī)，即使停機(jī)數(shù)小時甚至幾天，都不會影響運(yùn)行工況，而深冷則做不到。
C.實現(xiàn)自動化操作：設(shè)備少，運(yùn)行正常后就可進(jìn)行自動化及無人操作。而深冷裝置機(jī)組多。故障因素多，即使自動化程度很高也得有人看管。
D.裝置緊湊，占地面積?。阂蛟O(shè)備少無需建專用廠房，工程建筑投資省，而深冷機(jī)組復(fù)雜，占地面積大，故工程建設(shè)造價高。

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，其分離推動力就是氣體各組分的分壓在中空纖維內(nèi)腔原料側(cè)與外腔（滲透側(cè)）所形成的分壓差，當(dāng)氣流沿中空纖維內(nèi)腔表面流動時，各組分在其分壓差的推動下，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(kuò)散速度較低，決定了它們通過膜的滲透速度較慢，因此管程（非滲透側(cè)）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中空纖維膜時的不同滲透率，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(jī)，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去，從側(cè)口出去，氮氣繼續(xù)前進(jìn)從分離器的右端出去。在系統(tǒng)中，分離器是并聯(lián)安裝的，并聯(lián)多少分離器可根據(jù)產(chǎn)氣量和空壓機(jī)排量等諸多因素而定。

3)特點
由于膜分離器原理及結(jié)構(gòu)簡單合理，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)點外，膜法還具有如下幾個特點：
A.啟動迅速：從開機(jī)到產(chǎn)出氮氣只需 5 分鐘左右，而深冷法需6個小時以上，分子篩需要30分鐘左右。
B.無運(yùn)動部件：深冷及分子篩系統(tǒng)中均有運(yùn)動部件，而膜法沒有，不需維修，可靠性高。
C.可移動性強(qiáng)：全部設(shè)備、儀表可以集中安裝在一個可移動的框架上，靈活性高，可在多種場合就地現(xiàn)場制氮。

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