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空分制氧制氮，這些知識(shí)你一定要知道！

空分制氧制氮，這些知識(shí)你一定要知道！

2021/02/28 7:32:39

由于氧、氮在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中有重要的作用，特別是煤化工技術(shù)發(fā)展到今天，煤氣化裝置生產(chǎn)必備空分裝置，可為煤氣化提供氧氣，為全廠(chǎng)提供不同規(guī)格的氮?dú)?、儀表空氣以及工作空氣。

制氧空分工藝

工業(yè)上常用的制氧方法有：

低溫精餾分離法

吸附法

電解法

其中，低溫精餾分離方法是目前普遍采用的方法，特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低，技術(shù)成熟，不僅最經(jīng)濟(jì)，又能大量生產(chǎn)氧、氮?dú)猓疫m合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，是主要的制取方法。

低溫精餾分離法

低溫精餾分離法制氧就是以自然界中的空氣為原料，先使空氣在低溫下液化。然后在精餾塔中利用氧、氮各組分沸點(diǎn)不同，分離為氧氣和氮?dú)狻?/section>

空分裝置的工作過(guò)程：

空氣的過(guò)濾和壓縮
壓縮空氣的初步冷卻
空氣的凈化，包括水分和碳?xì)湮锏娜コ?
空氣被冷卻到液化溫度
冷量的制取
液化和精餾
危險(xiǎn)雜質(zhì)的排除

吸附法

變壓吸附法是20世紀(jì)50年代末才開(kāi)發(fā)成功的，由于其獨(dú)有的靈活方便、投資少、能耗低的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)變壓吸附空分富氧技術(shù)在中小規(guī)模富氧應(yīng)用領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

氮分子含有孤對(duì)電子而極性大于氧并且有較大的四極矩，因而N2與沸石骨架中陽(yáng)離子的作用力強(qiáng)?？諝庵饘油ㄟ^(guò)沸石柱后，氣相中的含氧量逐漸提高，這樣便可得到富氧流出氣。

一套變壓吸附制氧（制氮）系統(tǒng)主要包括三部分：空氣壓縮系統(tǒng)、壓縮空氣預(yù)處理系統(tǒng)、吸附分離系統(tǒng)。

變壓吸附空氣分離的技術(shù)進(jìn)步主要集中在兩個(gè)方面：

變壓吸附空分工藝過(guò)程的改進(jìn)，使過(guò)程更加節(jié)能高效；
變壓吸附空分吸附劑性能的改進(jìn)。

吸附劑是變壓吸附技術(shù)的基礎(chǔ)，吸附劑的性能決定著吸附分離效果，從而決定著吸附設(shè)備投資和分離的經(jīng)濟(jì)性。

特點(diǎn)：

1）開(kāi)停車(chē)方便：原始開(kāi)車(chē)幾十分鐘左右可按要求獲得合格產(chǎn)品。臨時(shí)停車(chē)后重新啟動(dòng)即可迅速恢復(fù)供給合格產(chǎn)品。
2）操作彈性大。
3）自動(dòng)化程度高。整個(gè)吸附分離過(guò)程由PLC或DCS控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。
4）操作成本較低。運(yùn)行成本較低，主要操作成本為電耗，先進(jìn)的裝置電耗≤0.4kW?h/m3(O2)。
5）分子篩壽命長(zhǎng)。在正常操作情況下一般可使用8～10年，無(wú)環(huán)境污染。
6）投資省，一次性投資低。

電解法

把水放入電解槽中，加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和氫氣。每制取一立方米氧，同時(shí)獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方米氧要耗電12～15千瓦小時(shí)，是很不經(jīng)濟(jì)的。所以，電解法不適用于大量制氧。

制氮空分工藝

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或變壓吸附式)和膜空分法（中空纖維膜分離）。

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(guò)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(guò)液空的精餾，使它們分離來(lái)獲得氮?dú)?。深冷空分制氮設(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(12～24h），安裝要求高、周期較長(zhǎng)。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低20％～50％。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。

分子篩空分制氮

也叫PSA或變壓吸附式，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(chēng)PSA制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快(15～30分鐘)、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶(hù)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3000Nm3／h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力，越來(lái)越得到中、小型氮?dú)庥脩?hù)的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩?hù)的首選方法。

膜空分制氮

也叫中空纖維膜分離，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(lái)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(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門(mén)、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)饧兌取?9.5％的中、小型氮?dú)庥脩?hù)，有最佳功能價(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。

看了以上的分離方法，其實(shí)空氣分離的方法可分為低溫和非低溫兩種，其中非低溫空氣分離方法包括吸附、膜分離、化學(xué)分離法。由于目前在大規(guī)模制取氧、氮?dú)庖寒a(chǎn)品，尤其是高純度產(chǎn)品方面低溫分離法具有無(wú)法取代的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而且只有低溫分離法才具有可同時(shí)生產(chǎn)氬等稀有氣體產(chǎn)品的能力，故低溫法在空氣分離的工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)非常重要的地位。

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