氮气净化方案.pptx

氮气净化方案 一、几种工业制氮方法比较 空气中氮气占78.09%，氧气占20.94%，氦气占0.93%。现代工业用氮的制取方 法都是以空气为原料，将其中的氧和氮分离而获得。为了得到浓度较高的氮气,必须 分离去除空气中的氧气。目前工业制氮主要有三种，即深冷空分法、分子筛空分法 (PSA)和膜空分法。 深冷空分制氮 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近九十年的历史。它是以空气为原料， 经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的 混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在 1 大气压下，前者的沸点为-183℃，后 者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备 复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气 慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm 3/h 以下的设备，相同规格的PSA 装置的投资规模要比深冷空分装置小20%～50%。 深冷空分制氮装置宜于大模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。 分子筛空分制氮 分子筛空分制氮是以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理， 利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称 PSA(PressureSwingAdsorption）制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新 的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快 (15～30 分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操 作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在 1000Nm3/h 以下制氮 设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA 制氮已成为中、 小型氮气用户的首选方法。 膜空分制氮 膜空分制氮是八十年代国外迅速发展的又一种新型制氮技术，在国内推广应用时 间较短。膜空分制氮的基本原理是以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和 氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设;备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤ 3 分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户， 有最佳功能价格比。而氮气纯度在 98%以上时，它与相同规格的 PSA 制氮机相比 价格要高出 15%以上。 故从成本和投资规模考虑，宜采用 PSA 制氮法。 二、变压吸附(PSA)分离工艺流程 2.1变压吸附分离空气制氮基本原理 利用吸附剂对空气中各组分吸附能力的差异，以及吸附剂的吸附容量随压力 变化的特性，可通过加压吸附，减压再生的方式完成空气分离和吸附剂的循环使 用的过程。变压吸附制氮,采用碳分子筛为吸附剂。由于碳分子筛对氧和氮的吸 附速度相差很大，(见图2.1),氧的吸附速度明显大于氮的吸附速度，使氧优先吸 附于碳分子筛而与氮气分离，因此，碳分子筛制氮工艺,吸附切换时间较短，一 般在60秒左右，设置两个塔，交替吸附、再生，就能完成氧氮分离，在流出相得 到产品氮气。碳分子筛对氧的吸附量随吸附压力的降低而减少，通过减压即可解 吸，完成碳分子筛的再生。 ;;格产品氮不导入氮储罐，而经旁通管路返回吸附塔作吹洗气。在暂时停车时，可 储入循环气罐，保证产品储罐不受污染，缩短了再启动时的供气时间。 选用优质碳分子筛或用多种吸附剂分层填装制备高纯氮。2005年以来，日 本的可乐丽碳分子筛进入中国市场，该碳分子筛较适合于生产99.99%以上的氮 气。 氮——氧联产提高收率，在建立制氮装置或制氧装置的同时，利用排出的 富氧尾气或富氮尾气作原料气，再建一套规模相适应的制氧装置或制氮装置。由 于尾气中的富氧或富氮组成高于空气中的组成，这样，联产装置比单独的氧/氮 装置的收率可增加10-15%。 若通过改进后的分子筛技术制取氮气还不能满足啤酒生产所需要的99.99% 的纯度，则还需要一个高度提纯氮气的过程。 从空气中分离出来的氮气中主要的杂质为氧气，目前采用的除去氧气的措施 多是以氢气在一定条件下与氧气反应生成水，达到除去氧气的目的。氮气净化过 程主要由除氧、除水两部分组成。经搜索阅读相关资料，比较目前已使用的提纯 氮气的措施，现初步拟定两种方案。 方案一、催化反应除氧 一、基本原理 将未经净化的氮气称为粗氮,经净化的氮气称为纯氮。如果在粗氨中加入一定量 的H2，在催化剂的作用下，可使杂质氧和氢化合生成水。通常，为了使除氧反应 进行得完全，除氧彻底，H2的加入量必须大于与O2完全化合的量，这部分氢叫做 过剩氢。除氧催化剂必须具备活性高(反应速度快)、比表面积大、选择性好、寿 命长及价格低等特点。工业上常用的除氧催化剂有活性铜催化剂、镍铬催化剂、 钯A分子筛、活性氧化