深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较

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1、深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较汪红（中国石化集团洛阳石化工程公司）一、前言随着工业的迅速发展，氮气在化工、电子、冶金、食品、机械等领域获得了广泛的应用，我国对氮气的需求量每年以大于8%的速度增加。氮气的化学性质不活泼，在平常的状态下表现为很大的惰性，不易与其他物质发生化学反应。因此，氮气在冶金工业、电子工业、化工工业中广泛的用来作为保护气和密封气，一般保护气的纯度要求为99.99%，有的要求99.998%以上的高纯氮。液氮是一个较方便的冷源，在食品工业、医疗事业以及畜牧业的精液贮藏等方面得到越来越普遍的应用。在化肥工业生产合成氨时，

2、合成氨的原料气—氢、氮混合气若用纯液氮洗涤精制，可使惰性气体的含量极微小，一氧化硫和氧的含量不超过20ppm。氮气在石油化工装置中也有广泛的应用，主要应用及要求见下表：装置名称用途负荷特点纯度压力等级加氢装置连续用量：用于气封用量小99.9%0.7MPa间断用量：开工用于气密；停工用于吹扫用量较大99.9%0.7MPa重整装置间断用量：用于吹扫、干燥等用量较大99.9%0.7MPaPTA装置连续用量：用于气封用量较小99.99%0.7MPa间断用量：反应器保护一次用量大99.99%4.0MPa间断用量：输送用量大95%0.7MPaPX装置连续用量：用于气封用量较小99.9%

3、0.7MPa间断用量：用于吹扫、干燥、气密用量大99.9%0.7MPa芳烃抽提装置连续用量：抽提塔分层控制用量小99.9%0.7MPa间断用量：吹扫、稳压用量大99.9%0.7MPa储运连续用量：气封用量较小99.9%0.7MPa间断用量：吹扫、气密用量大99.9%0.7MPa纯净的氮气无法从自然界直接汲取，主要采用空气分离法。空气分离法中包括：深冷法、变压吸附法、膜分离法。1、深冷法：7深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较此法是先将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮组分的沸点的不同（在大气压下氧的沸点为90K，氮的沸点为77K），在精馏塔的塔盘上使气、液接触，进行质

4、、热交换，高沸点的氧不断从蒸汽中冷凝成液体，低沸点的氮不断的转入蒸汽中，使上升的蒸汽中含氮量不断提高，而下流液体中含氧量越来越高，从而使氧、氮分离，得到氮气或氧气。此法是在120K以下的温度条件下进行的，故称为深冷法空气分离。1、变压吸附法：变压吸附法即PSA法（PressureSwingAdsorption），基于吸附剂对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离得到氮气。当空气经过压缩，通过吸附塔的吸附层时，氧分子优先被吸附，氮分子留在气相中，而成为氮气。吸附达到平衡时，利用减压将分子筛表面所吸附的氧分子驱除，恢复分子筛的吸附能力即吸附剂解析。为了能够连续提供氮气，装置通

5、常设置两个或两个以上的吸附塔，一个塔吸附，另一个塔解析，按适当的时间切换使用。2、膜分离法：膜分离法是利用有机聚合膜的渗透选择性，从气体混合物中分离出富氮气体。理想的薄膜材料应具有很高的选择率和渗透性。为了得到经济的流程，需要很薄的聚合物分离膜（0.1μm），所以需要支撑。渗透器常为板式渗透器和中空纤维渗透器。此法，若产气量大，所需薄膜表面积太大，薄膜价格高，虽然膜分离法装置简单，操作方便，但工业应用还不广泛，本篇不再多述。深冷制氮已有近百年的历史，工艺流程不断改进。变压吸附制氮是近二十年发展起来并被市场广泛接受的技术。本篇试从流程、费用、运行和产品种类等方面比较二者的差别

6、，并得出相关结论。一、深冷制氮的工艺流程和设备简介1、深冷制氮的典型工艺流程：整个流程由空气压缩及净化、空气分离、液氮汽化组成，见图-1。⑴空气压缩及净化空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，然后送入空气冷却器，降低空气温度。再进入空气干燥净化器，除去空气中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。⑵空气分离：净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部得到氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分作为液氮产品出空

7、分塔。由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约130K进膨胀机膨胀制冷为空分塔提供冷量，膨胀后的气体一部分作为分子筛的再生和吹冷用，然后经消音器排入大气。⑶液氮汽化由空分塔出来的液氮进液氮贮槽贮存，当空分设备检修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道。深冷制氮可制取纯度≧99.999%的氮气。2、主要设备简介：⑴空气过滤器：为减少空气压缩机内部机械运动表面的磨损，保证空气质量，空气在进入空气压缩机之前，必须先经过空气过滤器以清除其中所含的灰尘和其他杂质。目前空气压缩机进气多采用粗效过滤器或中效过滤器。