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宏博净化:工业制氮的几种方法

编辑: 来源: 日期:2015/11/19 10:50:15 人气:326

工业用氮气的制取是以空气为原料,将其中的氧氮分离而获得,主要方法有深冷法、变压吸附法及膜分离法等。

1、深冷法

工业上的大规模制氮通常采用传统的深冷法。深冷法是以空气为原料,在深冷空分装置中,把空气深冷液化,利用氧和氮的沸点不同,进行精馏分离而获得。

深冷法作为一种传统的空分技术,已经为人类服务了几十年,它至今还是我国工业上氮气供应的主要来源。由于深冷法的工业化时间比较长,人们对其认识比较成熟,而且它具有其它方法无法取代的优点,如产气量大,产品氮气纯度高,运行稳定,在提取氮气的同时获得氧、氩等其它气体,这也是深冷相对于其它方法的独特优点。因此,深冷法在大中型空分中仍占据主导地位。

但它的工艺流程复杂,设备的制造、安装调试等要求高,一次性投资多,基建费用高,占地面积大,产气较慢(12~24小时),深冷法适宜于大规模工业制氮,而在中小规模制氮就显得不很经济。

2、变压吸附法

变压吸附(Pressure Swing Adsorption简称PSA)气体分离技术中非低温气体分离技术的重要分支。自60年代末,70年代初在国外已经得到迅速的发展。变压吸附制氮是以空气为原料,用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,使氧氮分离从而获得氮气。

变压吸附法制氮和传统的深冷法制氮相比,具有显著的特点:吸附在常温下进行,不涉及绝热问题,工艺流程简单,设备制造容易,装置小巧,占地少,即使用现成的空余地,即可安顿,开停车方便,启动迅速,产气快(15~30分钟),能耗少,运行成本低,投资省,操作维护简单,撬装方便,装置适应性好,产品气可按要求进行纯度调节等。从技术经济效益来看,在小于3000Nm3/hr的制氮装置中,变压吸附优于深冷。在市场上,1000Nm3/hr以下的制氮装置颇具竞争力,它受到中小型用户的欢迎。

3、膜分离法

膜分离空分是80年代国外兴起的高新技术,属于高分子材料科学,它是21世纪十大高新技术产业之一,国际上有“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化工的未来”的说法。该技术虽起步较晚,但发展较快,在国内的推广运用是近几年的事。

膜分离的基本原理是以空气为原料,在一定压力下,利用氧和氮等不同性质的气体在中空纤维膜的不同渗透速率来使氧和氮分离的。膜分离制氮和上述两种制氮方法相比,具有装置结构更简单,体积更小,无切换阀门,操作和维护管理更方便,产气速度更快,增扩容方便等优点。但是中空纤维膜对压缩空气的清洁要求更高,膜的过滤芯容易老化和腐蚀而失效,往往难以修复,需要更换新膜。而且,目前中空纤维膜需从国外进口,价格昂贵。

膜分离制氮比较适合于要求氮气纯度≤98%的中小型氮气用户,具有的功能价格比。然而当要求氮气纯度高于98%时,它和同规格的变压吸附装置相比,其价格要高出30%左右。

综上所述,从制取方式,安装、操作、维护难易程度,制造、使用成本等各方面对比来看, PSA制氮机有着投资小、使用简单、维护方便、能耗低的优点,对于氮气用量为中小型(小于3000Nm3/hr)的客户来说,尤其具有优势。

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