制氮技术在船舶领域的应用

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1、制氮技术在船舶领域的应用朱鸿,，叶持舟2(I.海军驻沪东中华造船(集团)有限公司军事代表室;2.扬帆集团，福建350014)摘要：讨论目前船舶和海洋石油平台中使用的典型氮气制取技术，列举了深冷空分、燃烧分离、分子筛分离和气体膜分离等四种方法•并对各种方法的优缺点和使用场合进行了比较.关键词：制氮；空分；防爆；惰气保护中图分类号:TB657文献标识码:A文章编号:1005-8354(2009)02-0008-02ApplicationofnitrogengenerationtechnologyofshipZHUHong1,Y

2、EChi-zhou2(NavyrepresentationatHudongZhonghuaShipbuilding(Group)Co.,Ltd.Shanghai200129,China；2.YangfanGroup.Fujian350014,China)Abstract:Thetypicalnitrogenproductiontechnologiesareusedintheshipandoffshoreplatforms,sucho$cryogenicairseparation,combustiongasseparati

3、on,molecularsieveseparationandairmembraneseparation,areintroducedwithcomparisonoftheirmeritsinaccordancewiththeirapplications.Keywords:nitrogengeneration；airseparation；anii-explosion;inertgasprotection氮气作为一种物理、化学性质稳定的物质•在船舶和海洋平台上得到了广泛的应用，如液化石油气(LPG)、液化天然气(LNC)、航空煤

4、油的装卸保护、化学品等产品的防护、管道吹扫、果蔬粮食保鲜和油料输送等多方面都需要大量的高纯度氮气.迄今为止，船舶领域中应用的制氮技术主要有燃烧式分离法、分子筛变床吸附法以及气体膜分离三种方法⑴，个别船舶也有深冷空分法.1燃烧法空P中的氧气是可以参与燃烧的，而氮气则能在燃烧的过程中保持自身的稳定性，燃烧式的基本原理就是基于此.该制氮方式主要有烟气惰性气体装置、独立发生器惰性气体装置以及两者结合与一休的多功能惰性气体装置三种形式•从工艺上来看，可分为两步，首先是由空气转变为烟气，其次对所得到的烟气进行后处理,经洗涤、冷却、脱硫

5、、除尘、除湿后即可得到氮气.整个系统由两大部分组成:燃烧器和燃烧室,洗涤冷却塔•燃烧器和燃烧室可采用锅炉，也可采用能进行充分燃烧的旋风炉型，洗涤冷却塔一般采用三级冷却洗涤•燃烧式的工艺流程如图1所示：空气烟气氮气―►燃烧室一冷却沈涤塔上」CO2xNO、SO?等图1燃烧式工艺流程2分子筛变压吸附法(PSA法)该技术始于本世纪60年代，发展较早，现已接近成熟.其采用的是焦碳分子筛变压吸附分离法.原理是:一定压力的空气送入焦碳分子筛后，分子直径比氮稍小的氧以较快速度扩散至碳分子筛的微孔内，从而优先被分子筛所吸附，而氮气能自由通过

6、分子筛颗粒而排岀.该法通常使用两个碳分子筛交替工作，因为经过收»0^:2008-11-14作者简介:朱鸿(I968-),男•硕七•研究方向为船舶动力.8第二期2009年技术篇空气人口中空纤维丝==■歸为了保证纤维膜的选择透过性,必须对膜入口处的空气品质作出严格的要求，在工艺上增加除油、除尘等设备.膜法制氮的工艺流程见图4.压缩净比氧气净化一段时间后，碳分子筛的吸附能力会趋于饱和，此时就需要解吸或再生•通常是一个分子筛进行吸附，而另一个需要解吸的分子筛则由真空泵抽真空进行减压脱氧•从而使得吸附能力得以再生.“变压吸附”之名即

7、由碳分子筛在吸附过程和再生过程中的周期性压力变化而得到的.该法的工艺流程见图2：图2分子筛变压吸附空分法工艺流程3气体膜分离法该法始于1829年,其基本原理是利用了（由高分子材料制成）对气体的选择透过性.膜法制氮装置利用不同种类的气体在有机高分子膜中具有不同的渗透速率，从而实现氣气和氮气的分离.其渗透原理见图3.图3中空纤维腰港透原理itroacn中空纤维膜是该装置中的关键元件，当具有一定压力的空气通过中空纤维膜时•像轼气、二氧化碳及水蒸汽等以很快的速度透过膜壁•渗透于纤维外，而氮气的渗透速度慢则留在隔膜中，因此在纤维的

8、出口端就可制得氮气.由此可见，膜法制氮同分子筛变压吸附法制氮的原理大致相同，只是在工艺上以膜组件代替了焦碳分子筛•中空纤维膜由基材与表面涂层两部分组成,一般采用的是内表面涂层方式（内压式），基材主要用于承受一定的压力，而内表面的有机聚合物具有较强的吸附性■对微尘、油物等具有很强的吸附性，因此,图4膜法制