氮气在工业中被广泛应用,通常采用的制氮方式有3种,分别为深冷制氮、分子筛制氮和膜分离制氮机。不同的氮气需求,选择不同的制氮工艺,对提高装置可靠性,降低生产成本具有重要意义。
下面是以上三种制氮方式的比较,客户可根据需要选择适合自己的制氮方式。
1)开停机及工艺流程:PSA变压吸附和膜分离制氮的工艺流程简单,设备数量少,操作简单,可随时停机,并可长时间停机。深冷制氮不仅工艺流程复杂,设备数量多,且需在深冷低温状态下运行。在设备投入正常运行之前,有一个预冷启动过程,启动时间从膨胀机启动至氮气纯度达到要求的时间一般不小于12h。在设备进入大修之前,必须有一段加温解冻的时间,一般为24h。因此,深冷分离制氮不适宜启、停频繁的场合。膜分离制氮与PSA变压吸附相比,不仅设备结构更简单,而且无切换阀门,操作维护更为简便,产气所需时间也更短。
2)是否可产生液氮:深冷分离制氮可同时获得气氮和液氮,适宜需要液氮的工艺流程。液氮也可贮存于液氮储槽作为备用,当出现氮气需求短时骤增或制氮设备小修时,可将贮槽内的液氮汽化后送入氮气管网以满足工艺装置对氮气的连续性需求。PSA 变压吸附和膜分离制氮变压吸附制氮只能生产氮气,无备用手段,单套设备难以保证工艺装置连续长周期运行。
3)制氮纯度:当氮气纯度体积分数≤97%时,PSA变压吸附和膜分离制氮工艺的氮气提取率基本相当;当氮气纯度体积分数>99%时,采用深冷分离制氮工艺氮提取率较高,PSA变压吸附次之,膜分离制氮工艺氮提取率急剧降低。同时,制取相同压力的氮气,深冷分离制氮空气压缩机出口空气压力与PSA变压吸附制氮相当,而膜分离制氮压力要求空气压力较高。3种制氮工艺主要能耗在空气压缩机,故当制取氮气纯度较高时,膜分离制氮所需空气压缩机规模大,功率高,总能耗较高,PSA变压吸附制氮次之,深冷分离制氮能耗相对较低。
4)投资费用:深冷分离制氮设备多,流程长,占地大,投资较高。膜分离制氮与PSA变压吸附制氮相比,所需空气量大,压比高,压缩机规模大,对应的空气净化组件(过滤器、干燥机、除油器等) 比 PSA 变压吸附大,投资高,且制氮核心部件的膜组件的成本也高于 PSA吸附塔。因此,PSA 变压吸附制氮投资较低。
目前市面上使用较多的为分子筛制氮,也是相对投资费用较少的制氮方式。分子筛制氮机氮气流量可在5~12000Nm3/h之间选择,纯度97%~99.9995%,满足了大部分工业制氮的需求。与传统制氮法相比,它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15~30分钟)、能耗低,产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节,操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点,受到中小型氮气用户的欢迎,PSA制氮已成为中、小型氮气用户比较青睐的方法。
膜分离制氮机纯度在97%~99%,流量约1~2000Nm3/h左右,它特别适宜于氮气纯度≤98%的中、小型氮气用户。而氮气纯度在98%以上时,它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。
深冷空分制氮设备复杂、占地面积大,基建费用较高,设备一次性投资较多,运行成本较高,产气慢(12~24h),安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素,3500Nm3/h以下的设备,相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20%~50%。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮,而中、小规模制氮就显得不经济。
很多用户在购买设备前都会考虑哪家制氮机厂家好,用户在购买设备前可根据用途及用气参数选择适合的制氮方式,然后再选择一家性价比较高的厂家合作。
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冶金工业:连铸、连轧、钢材退火保护气氛、转炉顶复合吹氮炼钢,炼钢转炉密封,高炉炉顶密封,高炉炼铁煤粉喷吹等工艺。
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航天技术:火箭燃料增压剂,发射台置换气和安全保护气,宇航员操纵气,空间模拟室,飞机燃料管路的清洗气等。
低温医学:外科低温,冷冻治疗,血液冷藏,药物冷冻与低温粉碎等。
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