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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1000Nm3/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)庥脩舻臍g迎,，PSA制氮已成為中,、小型氮?dú)庥脩舻姆椒ā?/p>

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隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，氮?dú)庠诨?、電子,、冶金、食品,、機(jī)械等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,，我國(guó)對(duì)氮?dú)獾男枨罅棵磕暌源笥?%的速度增加。 氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑,，在尋常的狀態(tài)下表現(xiàn)為很大的惰性,，不易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此,，氮?dú)庠谝苯鸸I(yè),、電子工業(yè)、化工工業(yè)中廣泛的用來(lái)作為保護(hù)氣和密封氣，一般保護(hù)氣的純度要求為99.99%,，有的要求99.998%以上的高純氮,。液氮是一個(gè)較方便的冷源，在食品工業(yè),、醫(yī)療事業(yè)以及畜牧業(yè)的精液貯藏等方面得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用,。在化肥工業(yè)生產(chǎn)合成氨時(shí)，合成氨的原料氣—氫,、氮混合氣若用純液氮洗滌精制,，可使惰**氣體的含量極微小，一氧化硫和氧的含量不超過(guò)20ppm,。

純凈的氮?dú)鉄o(wú)法從自然界直接汲取,，主要采用空氣分離法?？諝夥蛛x法中包括：深冷法,、變壓吸附法(PSA)、膜分離法,。

二,、PSA制氮機(jī)的工藝流程和設(shè)備簡(jiǎn)介

1、工藝流程簡(jiǎn)介

空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器清除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入空氣壓縮機(jī),，壓縮至所需壓力,，經(jīng)嚴(yán)格的除油、除水,、除塵凈化處理,，輸出潔凈的壓縮空氣，目的是確保吸附塔內(nèi)分子篩的使用壽命,。裝有碳分子篩的吸附塔共有二個(gè),，一個(gè)塔工作時(shí)，另一個(gè)塔則減壓脫附,。潔凈空氣進(jìn)入工作吸附塔,，經(jīng)過(guò)分子篩時(shí)氧、二氧化碳和水被其吸附,，流至出口端的氣體便是氮?dú)饧拔⒘康臍搴脱?。另一塔（脫附塔）使已吸附的氧氣、二氧化碳和水從分子篩微孔中脫離排至大氣中,。這樣兩塔輪流進(jìn)行,，完成氮氧分離，連續(xù)輸出氮?dú)?，?jiàn)圖-2,。變壓(_bian4 ya1)吸附制取的氮?dú)饧兌葹?5%-99.9%,，假如需要更高純度的氮?dú)庑柙黾拥獨(dú)鈨艋O(shè)備。變壓吸附制氮機(jī)輸出的95%-99.9%氮?dú)膺M(jìn)入氮?dú)鈨艋O(shè)備,，同時(shí)通過(guò)量計(jì)添加適量的氫氣,，在凈化設(shè)備的除氧塔中氫和氮?dú)庵械奈⒘垦踹M(jìn)行催化反應(yīng)，以除去氧然后經(jīng)水冷凝器冷卻,，汽水分離器除水,，再通過(guò)干燥器深度干燥（兩個(gè)吸附干燥塔交替使用：一個(gè)吸附干燥除水，另一個(gè)加熱脫附排水）,，得到高純氮?dú)?，此時(shí)的氮?dú)饧兌瓤蛇_(dá)99.9995%，見(jiàn)圖-3,。目前海內(nèi)變壓吸附制氮大的生產(chǎn)能力為3000m3n/h,。

三、深冷制氮的工藝流程和設(shè)備簡(jiǎn)介

1,、深冷制氮的典型工藝流程：

整個(gè)流程由空氣壓縮及凈化,、空氣分離、液氮汽化組成,。

⑴ 空氣壓縮及凈化

空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器清除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入空氣壓縮機(jī),，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器,，降低空氣溫度。再進(jìn)入空氣干燥凈化器,，除去空氣中的水份,、二氧化碳、乙炔及其它碳?xì)浠衔铩?/p>

⑵ 空氣分離：

凈化后的空氣進(jìn)入空分塔中的主換熱器,，被返流氣體（產(chǎn)品氮?dú)?、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部,，在塔頂部得到氮?dú)?，液空?jīng)節(jié)流后送入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)，同時(shí)冷凝由精餾塔送來(lái)的部分氮?dú)?，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液,，另一部分作為液氮產(chǎn)品出空分塔。

由冷凝蒸發(fā)器出來(lái)的廢氣經(jīng)主換熱器復(fù)熱到約130K進(jìn)膨脹機(jī)膨脹制冷為空分塔提供冷量,，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用,，然后經(jīng)消音器排入大氣。

⑶ 液氮汽化

由空分塔出來(lái)的液氮進(jìn)液氮貯槽貯存,，當(dāng)空分設(shè)備檢修時(shí),，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮?dú)夤艿馈?/p>

深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮?dú)狻?/p>

四、深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

1,、流程比較

從以上的論述中我們可以發(fā)現(xiàn)：變壓吸附制氮流程簡(jiǎn)樸,，設(shè)備數(shù)量少，主要設(shè)備僅有空壓機(jī),、空氣干燥器,、吸附制氮機(jī)和儲(chǔ)氣罐等。而深冷制氮流程復(fù)雜,，設(shè)備數(shù)量多,，主要設(shè)備有空壓機(jī)、空冷器,、空氣凈化干燥器,、換熱器、膨脹機(jī)和精流塔等,。

制氮機(jī)

2,、產(chǎn)品種類和純度比較

深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮?dú)舛铱梢陨a(chǎn)液氮，滿意需要液氮的工藝要求,，并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存,，當(dāng)出現(xiàn)氮?dú)忾g斷負(fù)荷或空分設(shè)備小修時(shí)，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后,，送入產(chǎn)品氮?dú)夤艿罎M意工藝裝置對(duì)氮?dú)獾男枨?。深冷制氮的運(yùn)轉(zhuǎn)周期（指兩次大加溫之間的間隔期）一般為1年以上，因此,，深冷制氮一般不考慮備用,。而變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮?dú)猓瑹o(wú)備用手段,，單套設(shè)備不能保證連續(xù)長(zhǎng)周期運(yùn)行,。

深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮?dú)狻５獨(dú)饧兌仁艿?de dan qi _dan qi chun du shou dao)氮?dú)庳?fù)荷,、塔板數(shù)量,、塔板效率和液空中氧純度等的限制，調(diào)節(jié)范圍很小,。因此,，對(duì)于一套深冷制氮設(shè)備其產(chǎn)品純度基本是一定的，不便調(diào)節(jié),。變壓吸附制氮制取的氮?dú)饧兌纫话阍?5%-99.9%范圍內(nèi),，假如需要更高純度的氮?dú)庑柙黾拥獨(dú)鈨艋O(shè)備。氮?dú)饧兌戎皇墚a(chǎn)品氮?dú)庳?fù)荷的影響,，在其他條件不變情況下,，氮?dú)馀懦隽吭酱?，氮?dú)獾募兌染驮降停环粗畡t越高,。因此,，對(duì)于一套變壓吸附制氮設(shè)備只要負(fù)荷答應(yīng)其產(chǎn)品純度可以在90-99.9%之間任意調(diào)節(jié)。