空分是如何制氧制氮的?

發(fā)布時(shí)間:2021-12-08 11:08人氣:

空分是如何制氧制氮的?由于氧、氮在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中有重要的作用,特別是煤化工技術(shù)發(fā)展到今天,煤氣化裝置生產(chǎn)必備空分裝置,可為煤氣化提供氧氣,為全廠提供不同規(guī)格的氮?dú)?、儀表空氣以......

空分是如何制氧制氮的?

由于氧、氮在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中有重要的作用,特別是煤化工技術(shù)發(fā)展到今天,煤氣化裝置生產(chǎn)必備空分裝置,可為煤氣化提供氧氣,為全廠提供不同規(guī)格的氮?dú)狻x表空氣以及工作空氣。           

空分是如何制氧制氮的?
 
制氧空分工藝
圖片
 
工業(yè)上常用的制氧方法有:
低溫精餾分離法
吸附法
電解法
其中,低溫精餾分離方法是目前普遍采用的方法,特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低,技術(shù)成熟,不僅最經(jīng)濟(jì),又能大量生產(chǎn)氧、氮?dú)?,而且適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),是主要的制取方法。
低溫精餾分離法
低溫精餾分離法制氧就是以自然界中的空氣為原料,先使空氣在低溫下液化。然后在精餾塔中利用氧、氮各組分沸點(diǎn)不同,分離為氧氣和氮?dú)狻?/span>
空分裝置的工作過(guò)程:
  1. 空氣的過(guò)濾和壓縮

  2. 壓縮空氣的初步冷卻

  3. 空氣的凈化,包括水分和碳?xì)湮锏娜コ?/span>

  4. 空氣被冷卻到液化溫度

  5. 冷量的制取

  6. 液化和精餾

  7. 危險(xiǎn)雜質(zhì)的排除

吸附法
變壓吸附法是20世紀(jì)50年代末才開(kāi)發(fā)成功的,由于其獨(dú)有的靈活方便、投資少、能耗低的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)變壓吸附空分富氧技術(shù)在中小規(guī)模富氧應(yīng)用領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
氮分子含有孤對(duì)電子而極性大于氧并且有較大的四極矩,因而N2與沸石骨架中陽(yáng)離子的作用力強(qiáng)??諝庵饘油ㄟ^(guò)沸石柱后,氣相中的含氧量逐漸提高,這樣便可得到富氧流出氣。
一套變壓吸附制氧(制氮)系統(tǒng)主要包括三部分:空氣壓縮系統(tǒng)、壓縮空氣預(yù)處理系統(tǒng)、吸附分離系統(tǒng)。
變壓吸附空氣分離的技術(shù)進(jìn)步主要集中在兩個(gè)方面:
  • 變壓吸附空分工藝過(guò)程的改進(jìn),使過(guò)程更加節(jié)能高效;

  • 變壓吸附空分吸附劑性能的改進(jìn)。

吸附劑是變壓吸附技術(shù)的基礎(chǔ),吸附劑的性能決定著吸附分離效果,從而決定著吸附設(shè)備投資和分離的經(jīng)濟(jì)性。
特點(diǎn):
1)開(kāi)停車方便:原始開(kāi)車幾十分鐘左右可按要求獲得合格產(chǎn)品。臨時(shí)停車后重新啟動(dòng)即可迅速恢復(fù)供給合格產(chǎn)品。 
2)操作彈性大。 
3)自動(dòng)化程度高。整個(gè)吸附分離過(guò)程由PLC或DCS控制,可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。 
4)操作成本較低。運(yùn)行成本較低,主要操作成本為電耗,先進(jìn)的裝置電耗≤0.4kW•h/m³(O2)。 
5)分子篩壽命長(zhǎng)。在正常操作情況下一般可使用8~10年,無(wú)環(huán)境污染。 
6)投資省,一次性投資低。
電解法
把水放入電解槽中,加入氫氧化鈉或氫氧化鉀以提高水的電解度,然后通入直流電,水就分解為氧氣和氫氣。每制取一立方米氧,同時(shí)獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方米氧要耗電12~15千瓦小時(shí),是很不經(jīng)濟(jì)的。所以,電解法不適用于大量制氧。
制氮空分工藝
圖片
 
空分是如何制氧制氮的?
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,即深冷空分法、分子篩空分法(PSA或變壓吸附式)和膜空分法(中空纖維膜分離)。
 
深冷空分制氮
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(guò)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(guò)液空的精餾,使它們分離來(lái)獲得氮?dú)?。深冷空分制氮設(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(zhǎng)。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)。
 
分子篩空分制氮
也叫PSA或變壓吸附式,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3000Nm³/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)庥脩舻氖走x方法。
膜空分制氮
也叫中空纖維膜分離,是以空氣為原料,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(lái)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(jiǎn)單、體積更小、無(wú)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;99.5%的中、小型氮?dú)庥脩簦凶罴压δ軆r(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。
空分是如何制氧制氮的?
 
 
 
 
 
 
 
看了以上的分離方法,其實(shí)空氣分離的方法可分為低溫和非低溫兩種,其中非低溫空氣分離方法包括吸附、膜分離、化學(xué)分離法。由于目前在大規(guī)模制取氧、氮?dú)庖寒a(chǎn)品,尤其是高純度產(chǎn)品方面低溫分離法具有無(wú)法取代的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),而且只有低溫分離法才具有可同時(shí)生產(chǎn)氬等稀有氣體產(chǎn)品的能力,故低溫法在空氣分離的工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)非常重要的地位。
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