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深冷制氮機
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不同,通過液空的精餾,使它們分離來獲得氮氣。
目錄
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1 工藝
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2 純度
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3 用深冷法制氧的設備具有以下特點:
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4 深冷制氮機裝置包含的主要設備
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? 1、空氣過濾
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? 2、空氣壓縮機
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? 3、空氣冷卻器
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? 4、空氣干燥凈化器
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? 5、空分塔
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? 6、透平膨脹機
深冷制氮不僅可以生產(chǎn)氮氣而且可以生產(chǎn)液氮,滿足需要液氮的工藝要求,并且可在液氮貯槽內(nèi)貯存,當出現(xiàn)氮氣間斷負荷或空分設備小修時,貯槽內(nèi)的液氮進入汽化器被加熱后,送入產(chǎn)品氮氣管道滿意工藝裝置對氮氣的需求。深冷制氮的運轉(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)氮氣,無備用手段,單套設備不能保證連續(xù)長周期運行。
深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。氮氣純度受到(de dan qi _dan qi chun du shou dao)氮氣負荷、塔板數(shù)量、塔板效率和液空中氧純度等的限制,調(diào)節(jié)范圍很小。因此,對于一套深冷制氮設備其產(chǎn)品純度基本是一定的,不便調(diào)節(jié)。變壓吸附制氮制取的氮氣純度一般在95%-99.9%范圍內(nèi),假如需要較高純度的氮氣需增加氮氣凈化設備。氮氣純度只受產(chǎn)品氮氣負荷的影響,在其他條件不變情況下,氮氣排出量越大,氮氣的純度就越低;反之則越高。因此,對于一套變壓吸附制氮設備只要負荷答應其產(chǎn)品純度可以在90-99.9%之間任意調(diào)節(jié)。
1)低溫換熱器、精餾塔等低溫容器及管道置于保冷箱內(nèi),并充填有熱導率低的絕熱材料,防止從周圍傳入熱量,減少冷損,否則設備無法運行;
2)用于制造低溫設備的材料,要求在低溫下有足夠的強度和韌性,以及有良好的焊接、加工性能。常用鋁合金、銅合金、不銹鋼等材料;
3)空氣中高沸點的雜質(zhì),例如水分、二氧化碳等,應在常溫時預先清除。否則會堵塞設備內(nèi)的通道,使裝置無法工作;
4)空氣中的乙炔和碳氫化合物進入空分塔內(nèi),積聚到一定程度,會影響安全運行,甚至發(fā)生爆炸事故。因此,必須設置凈化設備將其清除;
5)貯存低溫液體的密閉容器,當外界有熱量傳入時,會有部分低溫液體吸熱而氣化,壓力會自動升高。為防止**壓,必須設置可靠的安全裝置;
6)低溫液體漏入基礎,會將基礎凍裂,設備傾斜。因此必須保證設備、管道和閥門的密封性,要考慮熱脹冷縮可能產(chǎn)生的應力和變形;
7)被液氧浸漬過的木材、焦炭等多孔**物質(zhì),當接觸火源或給以一定的沖擊力時,會發(fā)生激烈的燃爆。因此,冷箱內(nèi)不允許有多孔性的**物質(zhì)。對液氧的排放,應預先考慮有專門的液氧排放管路和容器,不能走地溝;
8)低溫液體長期沖擊碳素鋼板,會使鋼板脆裂。因此,排放低溫液體的管道及排放槽不能采用碳素鋼制品; 9)氮氣、氬氣是窒息性氣體,其液體排放管應引至室外。氣體排放管應有一定的排放高度,排放口不能朝向平臺樓梯;
10)氧氣是強烈的助燃劑,其排放管不能直接排在不通風的廠房內(nèi)。
1、空氣過濾
器 為減少空氣壓縮機內(nèi)部機械運動表面的磨損, 保證空氣質(zhì)量, 空氣在進入空氣壓縮機之前,必須先經(jīng)過空氣過濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質(zhì)。目前空氣壓縮機進氣多采用粗效過濾器或中效過濾器。
2、空氣壓縮機
按工作原理,空氣壓縮機可分為容積式和速度式兩大類。目前空氣壓縮機多采用往復活塞式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機。
3、空氣冷卻器
是用來降低進入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度,避免進塔溫度大幅度波動,并可析出壓縮空氣中的大部分水分。通常采用氮水冷卻器(由水冷卻塔和空氣冷卻塔組成:水冷塔是用空分塔內(nèi)出來的廢氣冷卻循環(huán)水,空冷塔是用水冷塔出來的循環(huán)水冷卻空氣)、氟里昂空冷器。
4、空氣干燥凈化器
壓縮空氣經(jīng)空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。被冷凍的水分和二氧化碳沉積在空分塔內(nèi)會堵塞通道、管道和閥門,乙炔積聚在液氧內(nèi)有爆炸的危險,灰塵會磨損運轉(zhuǎn)機械。為了保證空分裝置的長期安全運行,必須設置專門的凈化設備,清除這些雜質(zhì)??諝鈨艋妮^常用方法是吸附法和凍結(jié)法。目前國內(nèi)在中小型制氮機裝置中廣泛采用分子篩吸附法。
5、空分塔
空分塔內(nèi)主要包括有主換熱器、液化器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器等。主換熱器、冷凝蒸發(fā)器和液化器為板翹式換熱器是一種全鋁金屬結(jié)構(gòu)新型組合式間壁式換熱器,平均溫差很小,換熱效率高達98-99%。精餾塔為空氣分離的設備,塔設備的類型按內(nèi)件劃分,設置篩孔板的稱篩板塔,設置泡罩板的稱泡罩塔,堆放填料的稱填料塔。篩孔板結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、塔板效率高,因此在空分精餾塔中被廣泛使用。填料塔主要用于直徑小于0.8m,高度不大于7m的精餾塔。泡罩塔由于結(jié)構(gòu)復雜、制造困難現(xiàn)已很少使用。
6、透平膨脹機
是制氮機裝置用來產(chǎn)生冷量的旋轉(zhuǎn)式葉片機械,是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向心徑流式和向心徑軸流式;按氣體在葉輪中是否繼續(xù)膨脹又分為反擊式和沖擊式,繼續(xù)膨脹為反擊式,不繼續(xù)膨脹為沖擊式??辗衷O備中廣泛采用單級向心徑軸流反擊式透平膨脹機。 深冷空分制氮機設備復雜、占地面積大,基建費用較高,設備一次性投資較多,運行成本較高,產(chǎn)氣慢(12~24h),安裝要求高、周期較長。綜合設備、安裝及基建諸因素,3500Nm3/h以下的設備,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%。深冷制氮機裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮,而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟。
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