第44卷第7期氯堿工業(yè)Vol 44. No. 72008年7月Chlor-Alkali IndustryJul.,2008【材料與設(shè)備】空分制氮設(shè)備的選抨萬長忠·,王菊花,金美玲,曹磊(平煤集團開封東大化工有限公司,河南開封475003)[關(guān)鍵詞]空分制氮;工作原理;技術(shù)特點;基本參數(shù)比較[摘要]闡述了空分制氮的3種方法(深冷分離方法變壓吸附分離技術(shù)膜分離技術(shù))及其各自特點通過數(shù)據(jù)對比得出結(jié)論。中圖分類號]TQ14.15[文獻標志碼]B[文章編號]1008-13x(2008)07-0040-02Selection of nitrogen production devices by air SeparationWAN Chang-zhong, WANG Ju-hua, JIN Mei-ling, CAO LeiKaifeng Dongda Company of Pingdingshan Coal( Group)Co., Ltd, Kaifeng 475003, China)Key words: nitrogen production by air separation; work principle; techal characteristicsAbstract The three methods of nitrogen production by air separation are related including cryogenicseparation process, pressure swing adsorption separation technology and membrane separation technologyults are obtained by電解開停車過程中氮氣保護是系統(tǒng)安全生產(chǎn)的11深冷分離方法重要保證,國內(nèi)氯堿企業(yè)曾發(fā)生多次膜撕裂事故,主深冷分離方法是利用深度冷凍原理液化空氣,要原因就是氮氣保護做得不夠,致使氫氣與氧氣或根據(jù)氮氣、氧氣及其他組分的沸點不同,在精餾塔進氯氣混合發(fā)生爆炸。過去平煤集團開封東大化工有行精餾獲得氮氣和氧氣等產(chǎn)品。原料空氣經(jīng)空氣過限公司生產(chǎn)規(guī)模小,電解開停車時用氮氣瓶充氮,操濾器吸入,去除其中的塵埃及機械雜質(zhì)后進入空壓作不方便。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,公司新上一機,壓縮后進入后冷卻器,再進預冷系統(tǒng),之后經(jīng)水套制氮裝置,以滿足生產(chǎn)的需要。分離器入純化器,在此除去空氣中的水分、二氧化碳1空氣分離制取氮氣的主要方法和碳氫化合物等雜質(zhì)。凈化后的空氣除少部分作為氣體行業(yè)是朝陽產(chǎn)業(yè),有著非常廣闊的前景。氣體軸承透平膨脹機和軸承氣,其余進入分餾塔進作為現(xiàn)代工業(yè)重要的基礎(chǔ)原料,氣體產(chǎn)品廣泛應(yīng)用行精餾。在上塔下部得到氧氣體積分數(shù)為99.5%的于鋼鐵、冶金、化工、航天、電子、汽車、環(huán)保、醫(yī)療、食純氧氣,經(jīng)主換熱器復熱后送出分餾塔;在上塔頂部品、飲料等領(lǐng)域被譽為現(xiàn)代工業(yè)的血液。氣體的應(yīng)得到9.99%的純氮氣,經(jīng)液氮、液空過冷器、主換用技術(shù)在發(fā)達國家已經(jīng)達到相當高的水平,但在我熱器復熱后出分餾塔;從上塔上部排出的污氮經(jīng)主國還處于起步階段。空分制氮、制氧所用原料來自換熱器復熱后出分餾塔作為分子篩純化器的再生大氣取之不盡,用之不竭。目前常用的制取氮氣氣,純化器中分子篩再生后放空。整套裝置結(jié)構(gòu)復的方法主要有低溫分離法和非低溫分離法。低溫分雜,占地面積大。隨著自動化技術(shù)的不斷提高深冷離技術(shù)即深冷分離法,非低溫分離技術(shù)包括變壓吸分離裝置配置DS控制系統(tǒng),在操作上也趨于簡單附法和膜分離法?；痆作者簡介]萬長忠(1972-),男助理工程師,1993年畢業(yè)于河南省化工學?；C械專業(yè)從事制冷工作11年,現(xiàn)在平煤集團開封東大化工有限公司技術(shù)中心從事設(shè)備管理工作。[收稿日期]2007-07-31第7期萬長忠等:空分制氪設(shè)備的選擇材料與設(shè)深冷分離方法工作過程為:空氣壓縮機—→冷變薄膜的滲透性,在透過這種薄膜時,氧比氮快。目卻器—一高效除油器一→緩沖儲氣罐一→預冷機組前,氣體分離膜的研究主要集中在富氧膜,作為富氧純化器—→氣體膨脹機—→分餾塔一→氮氣儲膜的高分子,要求兼具高透過性和高選擇性。美國氣罐一→用戶通用電器公司采用聚碳酸酯和有機硅的共聚物作為1.2變壓吸附分離技術(shù)分離膜,經(jīng)過一級分離就可獲得40%富氧的空氣。變壓吸附分離技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是工業(yè)氣體的若以富氧空氣代替普通空氣,將大大提高各種燃燒分離提純。在分離過程中氣體組分在升壓時吸附,裝置的效率,并可減少公害降壓時解吸,不同組分由于其吸附和解吸特性不同膜分離技術(shù)應(yīng)用在低濃度富氧生產(chǎn)中最具有優(yōu)在壓力周期性的變化過程中實現(xiàn)分離,這一過程稱勢,但是由于國內(nèi)膜的制造技術(shù)處于發(fā)展階段,大多為變壓吸附分離過程(簡稱PSA)。由于氧、氮在碳從國外進口,價格較高,且膜易老化,限制了該技術(shù)分子篩上的擴散速率差異較大,氧分子被碳分子篩的發(fā)展,目前在空分制氮項目中應(yīng)用很少大量吸附,氮分子在氣相富集,生成高濃度的氮氣其工作流程如下:空氣壓縮機一→冷卻器變壓吸附分離過程一般在中等壓力(低于6.0高效除油器—→冷凍式干燥機一→過濾器一→加熱MPa)下進行,具有操作簡單、自動化程度高、設(shè)備不器—→膜分離組件—→氮氣儲氣罐一→用戶。需要特殊材料等優(yōu)點。原料氣中的雜質(zhì)組分(如2技術(shù)特點H2O、NH3硫化物等)同時除去,預處理和分離過程2.1深冷分離的技術(shù)特點同時進行,省去了繁瑣的預處理裝置,流程簡單,操可同時制取氮氣和氧氣,一般適用于用氣量≥作費用低。但是,若用戶需要高純度的氮氣,一級吸5000m3/h、所需氣體露點較低純度較高的場所。附不易實現(xiàn)需經(jīng)過二級甚至三級變壓吸附才能達操作控制及監(jiān)控點多且比較復雜生產(chǎn)出合格氮氣到要求,設(shè)備投資會大幅增加,運行成本升高。分子的時間長,無法隨開隨停,無效能耗的過程長。須定篩的質(zhì)量是變壓吸附設(shè)備運行好壞的關(guān)鍵,國產(chǎn)分期維護和保養(yǎng)操作人員需要長時間專業(yè)技術(shù)培訓,子篩質(zhì)量不太穩(wěn)定,進口分子篩價格又太高。目前辦理氣體分離特種作業(yè)證,并且要具有豐富的實踐大多數(shù)生產(chǎn)廠家選用進口分子篩,分子篩的投資約經(jīng)驗。機組復雜,占地面積大安裝費用高。深冷分占整套設(shè)備投資的1/2。其工作流程為:空氣壓縮離較適用于用氣穩(wěn)定、長期用氣的生產(chǎn)中。機—一→冷卻器—高效除油器—→冷凍式干燥機2.2變壓吸附的技術(shù)特點活性炭過濾器—→緩沖儲氣罐一→變壓吸附設(shè)變壓吸附技術(shù)是一種低能耗的氣體分離技術(shù)。備→粉塵過濾器—→氮氣儲氣罐一氮氣用戶。變壓吸附工藝所要求的壓力一般在0.1-2.5MPa1.3膜分離制氮技術(shù)允許壓力變化范圍較寬,對于處理一些有壓力的氣膜分離制氮技術(shù)是根據(jù)空氣中的氮氣和氧氣在源氣源本身的壓力可滿足變壓吸附工藝的要求,可膜兩側(cè)的壓差作用,在膜中的溶解度和擴散系數(shù)不省去再次加壓的能耗,裝置的消耗僅是照明、儀表用同,導致滲透率較快的水蒸氣、氧氣等一些氣體先透電及儀表空氣的消耗,能耗很低,優(yōu)勢比較明顯;變過膜,成為富氧氣體而滲透率較慢的氮氣則滯留富壓吸附裝置壓力損失很小,一般不超過005MPa。集,成為干燥的富氮氣體,使氧氮分離。膜的分離選變壓吸附裝置可獲得高純度的產(chǎn)品氣,可得到擇性(各氣體組分滲透量的差異)膜面積和膜兩側(cè)95.0%~99.5%的氮氣產(chǎn)品;變壓吸附工藝流程簡的分壓差構(gòu)成了膜分離的三要素。其中,膜分離的單,無需復雜的預處理系統(tǒng),一步或兩步即可實現(xiàn)多選擇性取決于制造商選用的膜材料及制備工藝,是種氣體的分離;變壓吸附裝置的運行由PLC自動控決定膜分離系統(tǒng)性能和效率的關(guān)鍵因素。制,自動化程度高操作方便,啟動后短時間內(nèi)(氣體分離膜是近年來發(fā)展很快的一項新技術(shù),般40min)即可投入正常運行。被認為是20世紀末到21世紀中期最有發(fā)展前途的新技術(shù)之一,不同的高分子膜對不同種類的氣體分2.3膜分離的技術(shù)特點子的透過率和選擇性不同,因而可以從氣體混合物膜分離的技術(shù)特點:①易于操作隨時開關(guān),不中選擇分離某種氣體。美國洛杉磯加州大學的化學·需要多人操作;②易于安裝,占地面積小,質(zhì)量輕,適家用一種能導電的有機材料制作出一種薄膜,這種應(yīng)于小或擁擠的場所;③安全可靠生產(chǎn)中產(chǎn)品不合聚合物能摻入帶電的原子,利用摻雜劑的含量來改格時系統(tǒng)將自動關(guān)閉以保證產(chǎn)品質(zhì)量;④能耗低,大材料與設(shè)備氯堿工業(yè)2008年大降低生產(chǎn)成本;⑤連續(xù)過程,無需循環(huán)切換,不中33種裝置的基本參數(shù)比較斷產(chǎn)品供給。3種裝置的基本參數(shù)比較情況如表1所示表13種裝置的基本參數(shù)比較比較項目深冷分離法膜分離法流程復雜性復雜前處理工藝過程多復雜前處理要求嚴格產(chǎn)品氮氣需再過濾簡單前處理簡單,產(chǎn)品氦氣無需處理投資占地面積中等小操作要求操作人員需辦理特種作業(yè)證無特殊要求開機后可無人看管無特殊要求開機后可無人看管產(chǎn)成品氣時間一般10h以上一般10min產(chǎn)品純度95.0%-99.5%95%-98%調(diào)節(jié)性不易調(diào)氮氣產(chǎn)量m<2000m3/h壓力定期維護需專門的維修力量切換閥門多,動作頻繁有一定故障率和維修量無活動部件很少維修保養(yǎng)但膜易老化難修復介質(zhì)壽命較長定期更換分子篩粉化現(xiàn)象較多與膜的質(zhì)量密切相關(guān)使用范圍提取氮氣氧氣等多種產(chǎn)品只能提取單一氣體只能提取單一氣體機械噪聲運動噪聲大由于電磁閥門多且切換頻繁運動噪聲較大由于是靜態(tài)分離膜系統(tǒng)幾乎無噪聲運行成本0.5元/m30.3-0.4元/m03~04元/m3,當體積分數(shù)大于98%時價格高于同規(guī)格變壓吸附裝置3由于平煤集團開封東大化工有限公司生產(chǎn)用氣值得推廣的技術(shù)。屬間斷性用氣,通過對比3種制氮技術(shù)的特點,選擇我國對氣體膜分離技術(shù)的開發(fā)研究起步較晚,了變壓吸附方法。目前非對稱膜和復合膜的制備、工業(yè)用膜分離器的4結(jié)論研制及膜分離過程的應(yīng)用都已達到一定水平,在膜深冷分離和變壓吸附制氮技術(shù)都是比較成熟的材料的開發(fā)上也有了新的進展。對膜組件裝置及技術(shù)由于對氮氣的質(zhì)量和規(guī)模要求不同,深冷分離過程優(yōu)化等方面的研究較少,這種狀況對氣體膜分和變壓吸附各有優(yōu)劣。深冷分離法可同時獲取多種離技術(shù)在我國的應(yīng)用和發(fā)展明顯不利,應(yīng)引起有關(guān)氣體,適合大規(guī)模生產(chǎn);變壓吸附法制氮只能制取單方面的注意,盡早趕上或超過世界先進水平,為發(fā)展一氣體投資省,啟動快;膜分離法較適合氮氣純度我國膜技術(shù)做出巨大的貢獻。≤98%的中小型用戶,但是膜分離具有投資低、占地[編輯:董紅果]面積小運行成本低、產(chǎn)氣快、噪聲低等優(yōu)點,是一種·。合···········ρ···@·········%····伈·≈····?！ぁぁぁ?上接第39頁)有時還要考慮到從開車到參數(shù)達到破壞的作用,該差壓變送器必須選用測量精度高,可正常生產(chǎn)時,氣相和液相濃度和密度的變化;⑤被測靠性好的產(chǎn)品。進電解槽的鹽水腐蝕性強,有的鹽對象容器的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、容器內(nèi)的設(shè)備附件及水中含有游離氯,因此,其壓力變送器的接液部分的各種進出料管口都要考慮,如塔溶液槽反應(yīng)器鍋材質(zhì)最好用Ta,不含游離氯的鹽水接液材質(zhì)用T。爐汽包、立罐、球罐等;⑥其他要求,如環(huán)保及衛(wèi)生蒸發(fā)工序的液堿溫度和濃度都非常高,其接液部分等的材質(zhì)最好用N,而低溫低濃度的液堿的壓力變送3在離子膜燒堿裝置中的選用器的接液部分材質(zhì)用SUS316L就能滿足測量要求。離子膜法燒堿裝置中電解槽是核心設(shè)備,工藝液氯因為有很大的汽化壓,其連接法蘭的壓力等級裝置對自控系統(tǒng)的自動化水平要求非常高同時對要放大液氯和濕氯氣的接液材質(zhì)要采用Ta。氫氣儀表的選型、儀表的精度、穩(wěn)定性和可靠性都提出了雖然沒有腐蝕性,但其易燃易爆,要選用本安型儀較高的要求。電解槽的儀表一且失靈,將可能造成表又因為其存在氫粘附問題(氫原子通過傳感器氯氣、氫氣外逸、離子膜損壞,在選型過程中,應(yīng)充分的金屬膜片擴散,導致對測量結(jié)果產(chǎn)生影響),其接考慮工藝介質(zhì)及操作指標的需要。電解槽陰陽極中液材質(zhì)最好選用帶金涂層的不銹鋼。的氫氣和氯氣必須保持一定的差壓(氫氣壓力一般[編輯:董紅果]比氯氣壓力高3kPa),過大和過小都會對工藝產(chǎn)生