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關(guān)于制氮機(jī)系統(tǒng)/氮?dú)獍l(fā)生器簡介

發(fā)布日期: 2016-01-10

制氮系統(tǒng)是以空氣為原料,利用物理的方法將其中的氧和氮分離而獲得。工業(yè)中有三種制氮系統(tǒng),即深冷空分法、分子篩空分法(PSA) 和膜分離法。

PSA制氮系統(tǒng)
PSA制氮技術(shù)是利用碳分子篩對空氣中的氮分子、氧分子進(jìn)行篩分吸附,在壓力升高時(shí),具有很多均勻微孔的碳分子篩吸附氧,在壓力降低時(shí)脫附氧,從而達(dá)到氧、氮分離目的。實(shí)際上碳分子篩吸附氧的同時(shí)也吸附氮,由于動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和碳分子篩的微孔特性,氧在碳分子篩微孔中擴(kuò)散速率遠(yuǎn)大于氮。PSA制氮一般在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)填充吸附塔,塔內(nèi)裝填碳分子篩,一塔吸附產(chǎn)氮,另一塔脫附再生,通過PLC程序控制器控制氣動(dòng)閥的啟閉,使兩塔交替循環(huán),以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)氮?dú)獾哪康摹?/p>

PSA變壓吸附制氮系統(tǒng)原理

碳分子篩可以同時(shí)吸附空氣中的氧和氮,其吸附量也隨著壓力的升高而升高,而且在同一壓力下氧和氮的平衡吸附量無明顯的差異。因而,僅憑壓力的變化很難完成氧和氮的有效分離。如果進(jìn)一步考慮吸附速度的話,就能將氧和氮的吸附特性有效地區(qū)分開來。氧分子直徑比氮分子小,因而擴(kuò)散速度比氮快數(shù)百倍,故碳分子篩吸附氧的速度也很快,吸附約1分鐘就達(dá)到90%以上;而此時(shí)氮的吸附量僅有5%左右,所以此時(shí)吸附的大體上都是氧氣,而剩下的大體上都是氮?dú)?。這樣,如果將吸附時(shí)間控制在1分鐘以內(nèi)的話,就可以將氧和氮初步分離開來,也就是說,吸附和解吸是靠壓力差來實(shí)現(xiàn)的,壓力升高時(shí)吸附,壓力下降時(shí)解吸。而區(qū)分氧和氮是靠兩者被吸附的速度差,通過控制吸附時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的,將時(shí)間控制的很短,氧已充分吸附,而氮還未來得及吸附,就停止了吸附過程。因而變壓吸附制氮要有壓力的變化,也要將時(shí)間控制在1分鐘以內(nèi)。

深冷空分制氮系統(tǒng)
深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法,已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料,經(jīng)過壓縮、凈化,再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同(在1大氣壓下,前者的沸點(diǎn)為-183℃,后者的為-196℃),通過液空的精餾,使它們分離來獲得氮?dú)狻I罾淇辗种频O(shè)備復(fù)雜、占地面積大,基建費(fèi)用較高,設(shè)備一次性投資較多,運(yùn)行成本較高,產(chǎn)氣慢(12~24h),安裝要求高、周期較長。綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素,3500Nm3/h以下的設(shè)備,相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低20%~50%。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮,而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。

深冷空分制氮系統(tǒng)原理

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意工藝裝置對氮?dú)獾男枨蟆I罾渲频倪\(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)?,無備用手段,單套設(shè)備不能保證連續(xù)長周期運(yùn)。

膜分離制氮系統(tǒng)
膜分離制氮系統(tǒng)以空氣為原料,在一定壓力條件下,利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快(≤3分鐘)、增容方便等優(yōu)點(diǎn),它特別適宜于氮?dú)饧兌?le;98%的中、小型氮?dú)庥脩簦休^好功能價(jià)格比。而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí),它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上。

膜分制氮系統(tǒng)原理

空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮過濾后進(jìn)入高分子膜過濾器,由于各種氣體在膜中溶解度和擴(kuò)散系數(shù)不同,導(dǎo)致不同氣體在膜中相對滲透速率不同。根據(jù)這一特性,可將各種氣體分為“快氣”和“慢氣”。

當(dāng)混合氣體在膜兩側(cè)壓力差的作用下,滲透速率相對快的氣體,如水、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后,在膜的滲透側(cè)被富集,而滲透速率相對較慢的氣體,如甲烷、氮?dú)?、一氧化碳和氬氣等氣體則被滯留在膜的側(cè)被富集,從而達(dá)到混合氣體分離的目的。

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