深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較_第1頁(yè)
深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較_第2頁(yè)
深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較_第3頁(yè)
深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較_第4頁(yè)
深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩2頁(yè)未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、深冷制氮與變壓吸附制氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較汪紅(中國(guó)石化集團(tuán)洛陽(yáng)石化工程公司)一、 前言隨著工業(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,在平常的狀態(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

2、性氣體的含量極微小,一氧化硫和氧的含量不超過(guò)20ppm。氮?dú)庠谑突ぱb置中也有廣泛的應(yīng)用,主要應(yīng)用及要求見(jiàn)下表:裝置名稱用 途負(fù)荷特點(diǎn) 純 度壓力等級(jí)加氫裝置連續(xù)用量:用于氣封用量小 99.9% 0.7MPa間斷用量:開(kāi)工用于氣密;停工用于吹掃用量較大 99.9% 0.7 MPa重整裝置間斷用量:用于吹掃、干燥等用量較大 99.9%0.7 MPa PTA裝置連續(xù)用量:用于氣封用量較小 99.99% 0.7 MPa間斷用量:反應(yīng)器保護(hù)一次用量大99.99% 4.0 MPa間斷用量:輸送用量大 95% 0.7 MPaPX裝置連續(xù)用量:用于氣封用量較小99.9%0.7 MPa間斷用量:用于吹掃、干

3、燥、氣密用量大 99.9% 0.7 MPa芳烴抽提裝置連續(xù)用量:抽提塔分層控制用量小 99.9%0.7 MPa間斷用量:吹掃、穩(wěn)壓用量大 99.9%0.7 MPa儲(chǔ)運(yùn)連續(xù)用量:氣封用量較小 99.9% 0.7 MPa間斷用量:吹掃、氣密用量大 99.9% 0.7 MPa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、膜分離法。1、 深冷法:此法是先將空氣壓縮、冷卻,并使空氣液化,利用氧、氮組分的沸點(diǎn)的不同(在大氣壓下氧的沸點(diǎn)為90K,氮的沸點(diǎn)為77K),在精餾塔的塔盤(pán)上使氣、液接觸,進(jìn)行質(zhì)、熱交換,高沸點(diǎn)的氧不斷從蒸汽中冷凝成液體,低沸點(diǎn)的氮不斷的轉(zhuǎn)入

4、蒸汽中,使上升的蒸汽中含氮量不斷提高,而下流液體中含氧量越來(lái)越高,從而使氧、氮分離,得到氮?dú)饣蜓鯕?。此法是?20K以下的溫度條件下進(jìn)行的,故稱為深冷法空氣分離。2、 變壓吸附法:變壓吸附法即PSA法(Pressure Swing Adsorption),基于吸附劑對(duì)空氣中的氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離得到氮?dú)?。?dāng)空氣經(jīng)過(guò)壓縮,通過(guò)吸附塔的吸附層時(shí),氧分子優(yōu)先被吸附,氮分子留在氣相中,而成為氮?dú)狻N竭_(dá)到平衡時(shí),利用減壓將分子篩表面所吸附的氧分子驅(qū)除,恢復(fù)分子篩的吸附能力即吸附劑解析。為了能夠連續(xù)提供氮?dú)?,裝置通常設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的吸附塔,一個(gè)塔吸附,另一個(gè)塔解析,按適當(dāng)?shù)臅r(shí)間切換使用。

5、3、 膜分離法:膜分離法是利用有機(jī)聚合膜的滲透選擇性,從氣體混合物中分離出富氮?dú)怏w。理想的薄膜材料應(yīng)具有很高的選擇率和滲透性。為了得到經(jīng)濟(jì)的流程,需要很薄的聚合物分離膜(0.1m),所以需要支撐。滲透器常為板式滲透器和中空纖維滲透器。此法,若產(chǎn)氣量大,所需薄膜表面積太大,薄膜價(jià)格高,雖然膜分離法裝置簡(jiǎn)單,操作方便,但工業(yè)應(yīng)用還不廣泛,本篇不再多述。深冷制氮已有近百年的歷史,工藝流程不斷改進(jìn)。變壓吸附制氮是近二十年發(fā)展起來(lái)并被市場(chǎng)廣泛接受的技術(shù)。本篇試從流程、費(fèi)用、運(yùn)行和產(chǎn)品種類等方面比較二者的差別,并得出相關(guān)結(jié)論。二、 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

6、及凈化、空氣分離、液氮汽化組成,見(jiàn)圖-1。 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?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

7、的再生和吹冷用,然后經(jīng)消音器排入大氣。 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I罾渲频芍迫〖兌?9.999%的氮?dú)狻?、主要設(shè)備簡(jiǎn)介:空氣過(guò)濾器:為減少空氣壓縮機(jī)內(nèi)部機(jī)械運(yùn)動(dòng)表面的磨損, 保證空氣質(zhì)量, 空氣在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)之前,必須先經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質(zhì)。目前空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣多采用粗效過(guò)濾器或中效過(guò)濾器。圖-1深冷制氮的典型工藝流程簡(jiǎn)圖 空氣壓縮機(jī):按工作原理,空氣壓縮機(jī)可分為容積式和速度式兩大類。目前空氣壓縮機(jī)多采用往復(fù)活塞式空氣壓縮機(jī)、離心式空氣壓縮機(jī)和螺桿式空氣壓縮機(jī)。 空氣冷卻器:是用來(lái)降

8、低進(jìn)入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度,避免進(jìn)塔溫度大幅度波動(dòng),并可析出壓縮空氣中的大部分水分。通常采用氮水冷卻器(由水冷卻塔和空氣冷卻塔組成:水冷塔是用空分塔內(nèi)出來(lái)的廢氣冷卻循環(huán)水,空冷塔是用水冷塔出來(lái)的循環(huán)水冷卻空氣)、氟里昂空冷器??諝飧稍飪艋鳎簤嚎s空氣經(jīng)空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳?xì)浠衔?。被冷凍的水分和二氧化碳沉積在空分塔內(nèi)會(huì)堵塞通道、管道和閥門(mén),乙炔積聚在液氧內(nèi)有爆炸的危險(xiǎn),灰塵會(huì)磨損運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械。為了保證空分裝置的長(zhǎng)期安全運(yùn)行,必須設(shè)置專門(mén)的凈化設(shè)備,清除這些雜質(zhì)??諝鈨艋淖畛S梅椒ㄊ俏椒ê蛢鼋Y(jié)法。目前國(guó)內(nèi)在中小型制氮裝置中廣泛采用分子篩吸附法。

9、空分塔:空分塔內(nèi)主要包括有主換熱器、液化器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器等。主換熱器、冷凝蒸發(fā)器和液化器為板翹式換熱器是一種全鋁金屬結(jié)構(gòu)新型組合式間壁式換熱器,平均溫差很小,換熱效率高達(dá)98-99%。精餾塔為空氣分離的設(shè)備,塔設(shè)備的類型按內(nèi)件劃分,設(shè)置篩孔板的稱篩板塔,設(shè)置泡罩板的稱泡罩塔,堆放填料的稱填料塔。篩孔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造、塔板效率高,因此在空分精餾塔中被廣泛使用。填料塔主要用于直徑小于0.8m,高度不大于7m的精餾塔。泡罩塔由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難現(xiàn)已很少使用。 透平膨脹機(jī):是制氮裝置用來(lái)產(chǎn)生冷量的旋轉(zhuǎn)式葉片機(jī)械,是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機(jī)按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向心

10、徑流式和向心徑軸流式;按氣體在葉輪中是否繼續(xù)膨脹又分為反擊式和沖擊式,繼續(xù)膨脹為反擊式,不繼續(xù)膨脹為沖擊式??辗衷O(shè)備中廣泛采用單級(jí)向心徑軸流反擊式透平膨脹機(jī)。三、 變壓吸附制氮的工藝流程和設(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

11、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。變壓吸附制取的氮?dú)饧兌葹?5%-99.9%,如果需要更高純度的氮?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)一流量計(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。目前國(guó)內(nèi)變壓吸附制氮最大的生產(chǎn)能力為3000m3n/h。圖-2變壓吸附制氮的工藝流程簡(jiǎn)圖圖-3氮?dú)鈨艋に嚵鞒毯?jiǎn)圖

12、2、主要設(shè)備簡(jiǎn)介:該工藝中的空氣過(guò)濾器和空氣壓縮機(jī)的簡(jiǎn)介同深冷制氮工藝。 后冷卻器:是用來(lái)降低進(jìn)入空氣干燥凈化器前壓縮空氣的溫度,使之析出油和水的設(shè)備。通常采用列管式、套管式、散熱片式等結(jié)構(gòu)的后冷卻器。 油水分離器:它的作用是分離壓縮空氣中所含的油分和水分,使壓縮空氣得到初步的凈化。 空氣干燥凈化器:壓縮空氣經(jīng)后冷卻器后仍含有一定的水分,其含量取決于空氣的溫度。壓縮空氣的干燥處理一般采用分子篩吸附法和冷凍干燥法。 變壓吸附制氮裝置:采用的吸附劑通常為5A分子篩或碳分子篩,再生方式為無(wú)熱再生,高壓吸附、低壓或常壓解析。此為分離氮?dú)獾暮诵脑O(shè)備。 氮?dú)鈨艋O(shè)備:包括除氧塔、吸附干燥器和水冷凝器。除氧

13、塔是一個(gè)用鈀作催化劑的催化反應(yīng)器。吸附干燥器的吸附劑為分子篩,再生方式為有熱再生(電加熱)。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)單,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。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,滿足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足工藝裝置對(duì)氮?dú)獾男枨蟆I罾渲频倪\(yùn)轉(zhuǎn)周

14、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)?,無(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)饧兌仁艿降獨(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),如果需要更高純度的氮?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?;反之則越高。因此,對(duì)于一套變壓吸附制氮設(shè)備只要負(fù)荷允許其產(chǎn)品純度可以在90-99.9%

15、之間任意調(diào)節(jié)。3、運(yùn)行控制比較深冷法由于是在極低溫度下進(jìn)行的,設(shè)備在投入正常運(yùn)行之前,必須有一個(gè)預(yù)冷啟動(dòng)過(guò)程,啟動(dòng)時(shí)間即從膨脹機(jī)啟動(dòng)至氮?dú)饧兌冗_(dá)到要求的時(shí)間一般不小于12h;設(shè)備在進(jìn)入大修之前,必須有一段加溫解凍的時(shí)間,一般為24h。因此,深冷法制氮設(shè)備不宜經(jīng)常起、停,宜長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。變壓吸附法啟動(dòng)時(shí),只要按一下按鈕,啟動(dòng)30分鐘內(nèi)便可以獲得合格的氮?dú)猱a(chǎn)品,如果需要高純的氮?dú)?,那么?jīng)過(guò)氮?dú)鈨艋b置,大約再用30分鐘便可獲得99.99%-99.9999%的高純氮?dú)?。停機(jī)時(shí)也只需按一下按鈕便可。因此,變壓吸附制氮特別適用于間斷運(yùn)行的情況?,F(xiàn)在深冷法制氮一般均采用先進(jìn)的DCS(或PLC)計(jì)算機(jī)控制

16、技術(shù),實(shí)現(xiàn)中控、機(jī)旁、就地一體化的控制,可有效的監(jiān)控整套設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程。變壓吸附制氮采用智能化全自動(dòng)控制,按鈕即可進(jìn)行氮?dú)馍a(chǎn),無(wú)需專人管理。4、 單位制氮電耗的比較 深冷制氮電耗的計(jì)算:深冷制氮流程電耗主要有兩部分,即壓縮機(jī)電耗和輔機(jī)電耗(一般不包括氮產(chǎn)品的壓縮功耗和照明用能耗)。 壓縮功耗: NK=Ne NK-空壓機(jī)功率,kW; e -電動(dòng)機(jī)效率,%(由電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠提供); N-電動(dòng)機(jī)輸入功率,kW;輔助電耗:Nf=N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8 N1-壓縮機(jī)主油泵電耗,kW; N2-壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)抽風(fēng)機(jī)電耗,kW; N3-膨脹機(jī)油泵電耗,kW; N4-空冷塔水泵電耗,k

17、W; N5-水冷塔水泵電耗,kW; N6-水冷塔抽風(fēng)機(jī)電耗,kW; N7-冷凍機(jī)電耗,kW; N8分子篩再生電耗,kW;成套設(shè)備總電耗: N= NK+ Nf單位制氮電耗: NN2=N/VN2 VN2=V1+3V2 V1-氣氮總量,m3n/h; V2-液氮產(chǎn)量換算至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的氣氮量,m3n/h; 變壓吸附制氮電耗的計(jì)算變壓吸附制氮流程電耗主要有兩部分,即壓縮機(jī)電耗和輔機(jī)電耗(一般不包括氮產(chǎn)品的壓縮功耗和照明用能耗)。 壓縮功耗: NK=Ne NK-空壓機(jī)功率,kW; e -電動(dòng)機(jī)效率,%(由電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠提供); N-電動(dòng)機(jī)輸入功率,kW;輔助電耗:Nf=N1+N2 N1-預(yù)冷機(jī)組功率,kW; N

18、2-氮?dú)鈨艋b置中分子篩再生電耗,kW;成套設(shè)備總電耗: N= NK+ Nf單位制氮電耗: NN2=N/V1 V1-氣氮總量,m3n/h; 單位制氮電耗比較表(氮?dú)猱a(chǎn)品的壓力均為0.7MPa)氮?dú)猱a(chǎn)量(m3n/h)深冷制氮變壓吸附制氮純度:95%純度:99.9%純度:95%純度:99.9%單位制氮電耗(kWh/ m3nN2)單位制氮電耗(kWh/ m3nN2)單位制氮電耗(kWh/ m3nN2)單位制氮電耗(kWh/ m3nN2)1000.820.820.40.863000.510.510.360.526000.450.460.360.45 10000.420.430.350.41 15000.410.410.350.39 20000.400.410.350.38 30000.390.400.350.37單位制氮電耗是反映整套設(shè)備能耗的一個(gè)重要指標(biāo),從對(duì)比表中可以看出:對(duì)于生產(chǎn)高純度氮?dú)猓兌仍?9.9%以上),深冷制氮與變壓吸附制氮的單位電耗相差不大;但對(duì)于生產(chǎn)純度較低的氮?dú)?,變壓吸附制氮在單位電耗上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。5、 基建費(fèi)用的比較變壓吸附制氮設(shè)備數(shù)量較少,基建費(fèi)用少,對(duì)廠房和設(shè)備基礎(chǔ)的要求也不

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論