制氮機(jī)的制氮方式一共有三種，分別為：分子篩制氮、深冷制氮和膜分離制氮。根據(jù)制氮需求不同選擇適合的制氮機(jī)可以滿足用戶需求，減少不必要投資。下面瑞氣為您介紹3種不同的制氮方式以及選型的注意事項。
分子篩制氮
用碳分子篩（CMS）制氮主要是基于氧和氮在碳分子篩中的擴(kuò)散速率不同，在0.7~1.0Mpa壓力下,即氧在碳分子篩表面的擴(kuò)散速度大于氮的擴(kuò)散速度，使碳分子篩優(yōu)先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附箱中。碳分子篩本身具有加壓時對氧的吸附容量增加，減壓時對氧的吸附量減少的特性。利用這種特性采用變壓吸附法進(jìn)行氧、氮分離。從而得到99%~99.999%的氮氣。變壓吸附制氮機(jī)采用雙吸附塔并聯(lián)交替進(jìn)行吸附產(chǎn)氮。
深冷制氮
深度冷凍法分離的空氣經(jīng)過壓縮、冷卻、凈化后，再利用熱交換把空氣液化成為液空。根據(jù)液氧和液氮的沸點不同，通過對液空的精餾，氧在精餾塔底部富集，形成富氧液空，在精餾塔頂部得獲得氮氣。
膜分離制氮
由于空氣中的氮氣和氧氣在膜中的溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同，在膜兩側(cè)壓差的作用下，滲透率較快的水蒸氣、氧氣等一些氣體先透過膜，成為富氧氣體，而滲透率較慢的氮氣則滯留富集，成為干燥的富氮氣體，從而達(dá)到氧氮分離的目的。
深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝性能比較
| 序號 | 項 目 | 深冷分離制氮 | PSA 變壓吸附制氮 | 膜分離制氮 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 空氣分離原理 | 相同壓力下，液氧沸點大于液氮沸點。 | 相同壓力下，氧氣比氮氣更易被 吸附。 | 相同壓力下，氧氣滲透率高于氮氣。 |
| 2 | 制氮特點 | 低溫、連續(xù)、氮氣壓力穩(wěn)定。 | 常溫、制氮過程的吸附-均壓-解吸- 吸附過程壓力波動。 | 常溫、壓縮空氣在膜組件中連續(xù) 通過，無需循環(huán)切換。氮氣壓力穩(wěn)定。 |
| 3 | 操作壓力/MPa | 1.8 ~0.9 | 0.85 | 1.3 |
| 4 | 操作溫度/℃ | 160~ － 190 | ≤45 | 40~50 |
| 5 | 產(chǎn)品種類 | 氣氮、液氮 | 氣氮 | 氣氮 |
| 6 | 啟動時間 | >12 h | ~40 min | ~5 min |
| 7 | 氮氣純度，φ/% | 99~99.99% | ≤99.999% | <99.9% |
| 8 | 氮提取率，φ/% | 純度 99.99% 氮氣 40% ，純度 99.9% 氮氣 45% ，純度 99% 氮氣 50% 。 | 純度99.99%氮氣17% ，純度99.9%氮氣32%，純度99% 氮氣42.1% ，純度97% 氮氣50% 。 | 純度99.9%氮氣15%，純度99%氮氣33%，純度97%氮氣48%。 |
| 9 | 制氮能力 ( 最大) /m3·h － 1 | >10000( 根據(jù)需要) | 純度99. 99% 氮氣 ~700，純度 99.9% 氮氣 ~1 500，純度99%氮氣 ~2500，純 度97%氮氣 ~2 500。 | 純度 99.9% 氮 氣~300，純 度99% 氮氣 ~ 600，純度97% 氮氣~800，純度95% 氮氣~1000。 |
| 10 | 主要設(shè)備 | 空氣壓縮機(jī)、預(yù)冷機(jī)組、分子篩吸附 器、電加熱器、透平膨脹機(jī)、主換熱 器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器。 | 空氣壓縮機(jī)、過濾器、干燥機(jī)、吸附 塔、氮氣緩沖罐。 | 空氣壓縮機(jī)、過濾器、干燥機(jī)、電 加熱器、膜組件。 |
| 11 | 占地面積 | 大 | 小 | 小 |
| 12 | 相對投資 | 1.2~1.5 | 1 | >1.5 |
以上3種制氮工藝技術(shù)比較分析如下：
(1)PSA變壓吸附和膜分離制氮的工藝流程簡單，設(shè)備數(shù)量少，操作簡單，可隨時停機(jī)，并可長時間停機(jī)。深冷制氮不僅工藝流程復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多，且需在深冷低溫狀態(tài)下運(yùn)行。在設(shè)備投入正常運(yùn)行之前，有一個預(yù)冷啟動過程，啟動時間從膨脹機(jī)啟動至氮氣純度達(dá)到要求的時間一般不小于12h。在設(shè)備進(jìn)入大修之前，必須有一段加溫解凍的時間，一般為24h。因此，深冷分離制氮不適宜啟、停頻繁的場合。膜分離制氮與PSA變壓吸附相比，不僅設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單，而且無切換閥門，操作維護(hù)更為簡便，產(chǎn)氣所需時間也更短。
(2)深冷分離制氮可同時獲得氣氮和液氮，適宜需要液氮的工藝流程。液氮也可貯存于液氮儲槽作為備用，當(dāng)出現(xiàn)氮氣需求短時驟增或制氮設(shè)備小修時，可將貯槽內(nèi)的液氮汽化后送入氮氣管網(wǎng)以滿足工藝裝置對氮氣的連續(xù)性需求。PSA變壓吸附和膜分離制氮變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮氣，無備用手段，單套設(shè)備難以保證工藝裝置連續(xù)長周期運(yùn)行。
(3)當(dāng)?shù)獨饧兌润w積分?jǐn)?shù)≤97%時，PSA變壓吸附和膜分離制氮工藝的氮氣提取率基本相當(dāng);當(dāng)?shù)獨饧兌润w積分?jǐn)?shù)>99%時，采用深冷分離制氮工藝氮提取率最高，PSA變壓吸附次之，膜分離制氮工藝氮提取率急劇降低。同時，制取相同壓力的氮氣，深冷分離制氮空氣壓縮機(jī)出口空氣壓力與PSA變壓吸附制氮相當(dāng)，而膜分離制氮壓力要求空氣壓力較高。3種制氮工藝主要能耗在空氣壓縮機(jī)，故當(dāng)制取氮氣純度較高時，膜分離制氮所需空氣壓縮機(jī)規(guī)模大，功率高，總能耗最高，PSA變壓吸附制氮次之，深冷分離制氮能耗相對較低。
(4)PSA變壓吸附制氮的氮氣分離吸附-解吸-吸附過程存在壓力波動，氮氣壓力不穩(wěn);而深冷分離和膜分離制氮的氮氣分離過程為連續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)品氮氣壓力較為穩(wěn)定。因此PSA制氮必需在PSA吸附塔氮氣出口增加氮氣緩沖罐，以緩沖氮氣，調(diào)蓄氣體壓力，從而保證氮氣產(chǎn)品壓力的穩(wěn)定性。
(5)深冷分離制氮設(shè)備多，流程長，占地大，投資較高。膜分離制氮與PSA變壓吸附制氮相比，所需空氣量大，壓比高，壓縮機(jī)規(guī)模大，對應(yīng)的空氣凈化組件(過濾器、干燥機(jī)、除油器等)比PSA變壓吸附大，投資高，且制氮核心部件的膜組件的成本也高于PSA吸附塔。因此，PSA變壓吸附制氮投資最低。
瑞氣是一家專業(yè)分子篩制氮機(jī)廠家，在制氮機(jī)行業(yè)擁有40多年的經(jīng)驗，是常溫空分領(lǐng)域的優(yōu)質(zhì)品牌和先驅(qū)企業(yè)，是購買投資低、占地面積小、使用方便的制氮機(jī)的首要選擇。
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