深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较.doc

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1、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，合成氨的原料气—氢、氮混合气若用纯液氮洗涤精制，可使惰

2、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%0.7MPa间断用量：用于吹扫、干燥、气密用量大99.9%0.7MPa芳

3、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：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、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

4、，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

5、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，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

6、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

7、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。图-1深冷制氮的典型工艺流程简图⑵空气压缩机：按工作原理，空气压缩机可分为