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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(hào) | 項(xiàng) 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(diǎn)大于液氮沸點(diǎn)。 | 相同壓力下，氧氣比氮?dú)飧妆?吸附。 | 相同壓力下，氧氣滲透率高于氮?dú)狻?/td> |
| 2 | 制氮特點(diǎn) | 低溫、連續(xù)、氮?dú)鈮毫Ψ€(wěn)定。 | 常溫、制氮過程的吸附-均壓-解吸- 吸附過程壓力波動(dòng)。 | 常溫、壓縮空氣在膜組件中連續(xù) 通過，無需循環(huán)切換。氮?dú)鈮毫Ψ€(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(dòng)時(shí)間 | >12 h | ~40 min | ~5 min |
| 7 | 氮?dú)饧兌龋?% | 99~99.99% | 95%~99.9995% | <99.9% |
| 8 | 氮提取率，φ/% | 純度 99． 99% 氮?dú)?40% ，純度 99. 9% 氮?dú)?45% ，純度 99% 氮?dú)?50% 。 | 純度99.99%氮?dú)?7% ，純度99.9%氮?dú)?2%，純度99% 氮?dú)?2.1% ，純度97% 氮?dú)?0% 。 | 純度99.9%氮?dú)?5%，純度99%氮?dú)?3%，純度97%氮?dú)?8%。 |
| 9 | 制氮能力 /m3·h － 1 | >10000( 根據(jù)需要) | 純度99. 99% 氮?dú)?~700，純度 99.9% 氮?dú)?~1 500，純度99%氮?dú)?~2500，純 度97%氮?dú)?~2 500。 | 純度 99.9% 氮 氣~300，純 度99% 氮?dú)?~ 600，純度97% 氮?dú)鈤800，純度95% 氮?dú)鈤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?dú)饩彌_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 |
結(jié)合上表，對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(shí)停機(jī)，并可長時(shí)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(gè)預(yù)冷啟動(dòng)過程，啟動(dòng)時(shí)間從膨脹機(jī)啟動(dòng)至氮?dú)饧兌冗_(dá)到要求的時(shí)間一般不小于12h。在設(shè)備進(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(shí)間也更短。
(2)深冷分離制氮可同時(shí)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(chǔ)槽作為備用，當(dāng)出現(xiàn)氮?dú)庑枨蠖虝r(shí)驟增或制氮設(shè)備小修時(shí)，可將貯槽內(nèi)的液氮汽化后送入氮?dú)夤芫W(wǎng)以滿足工藝裝置對氮?dú)獾倪B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?dú)?，無備用手段，單套設(shè)備難以確保工藝裝置連續(xù)長周期運(yùn)行。
(3)當(dāng)?shù)獨(dú)饧兌润w積分?jǐn)?shù)≤97%時(shí)，PSA變壓吸附和膜分離制氮工藝的氮?dú)馓崛÷驶鞠喈?dāng);當(dāng)?shù)獨(dú)饧兌润w積分?jǐn)?shù)>99%時(shí)，采用深冷分離制氮工藝氮提取較好，PSA變壓吸附次之，膜分離制氮工藝氮提取率急劇降低。同時(shí)，制取相同壓力的氮?dú)?，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?dú)饧兌容^高時(shí)，膜分離制氮所需空氣壓縮機(jī)規(guī)模大，功率高，總能耗較好，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?dú)夥蛛x吸附-解吸-吸附過程存在壓力波動(dòng)，氮?dú)鈮毫Σ环€(wěn);而深冷分離和膜分離制氮的氮?dú)夥蛛x過程為連續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)品氮?dú)鈮毫^為穩(wěn)定。因此PSA制氮必需在PSA吸附塔氮?dú)獬隹谠黾拥獨(dú)饩彌_罐，以緩沖氮?dú)?，調(diào)蓄氣體壓力，從而確保氮?dú)猱a(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變壓吸附制氮投資小。
深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝流程圖
