空分高純氮裝置流程及特點(diǎn)

空分高純氮裝置流程及特點(diǎn)

目前國內外的空分設計者都在致力于研發(fā)并提供一種新型高純氮設備，包括預處理系統，純化系統和分餾塔，其中的分餾塔包括透平膨脹機，用于熱交換的主換熱器和過(guò)冷器，以及精餾塔和冷凝蒸發(fā)器；精餾塔包括上塔和下塔。所研發(fā)的新型制氮裝置使得富氧和氮氣的冷量得到充分利用，節能環(huán)保；同時(shí)將富氧送入膨脹機進(jìn)行制冷，結構合理、節約物料，流程配置簡(jiǎn)單。以下就高純氮設備的流程設計作一綜述：

高純氮9種比較方案

方案一	單塔反流	從冷箱出來(lái)直接得到0.6MPa的壓力氮氣送往用戶(hù)。 整套空分設備包括：空氣過(guò)濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
方案二	單塔反流+膨脹機增壓	從冷箱得到～0.56MPa的壓力氮氣，再經(jīng)過(guò)膨脹機增壓端增壓后送往用戶(hù)。 方案2與方案1的流程組織形式相同。
方案三	單塔雙冷凝+氮氣壓縮機	從冷箱得到0.4MPa的壓力氮氣進(jìn)入活塞氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，送給用戶(hù)。 方案3與方案1、方案2的流程組織形式相同。
方案四	雙塔+氮氣壓縮機（氧氣放空）	從冷箱得到0.005MPa的壓力氮氣進(jìn)入離心氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，送給用戶(hù)。 整套空分設備包括：空氣過(guò)濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、氮氣壓縮系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
方案五	雙塔雙冷凝+氮氣壓縮機	從冷箱得到0.3MPa的壓力氮氣進(jìn)入離心氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，送給用戶(hù)。 整套空分設備包括：空氣過(guò)濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、氮氣壓縮系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
方案六	雙塔雙冷凝+液體泵（返流膨脹）	從冷箱直接得到0.6MPa的壓力氮氣，送給用戶(hù)。 整套空分設備包括：空氣過(guò)濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
方案七	雙塔雙冷凝+液體泵（正流膨脹）	從冷箱直接得到0.6MPa的壓力氮氣，送給用戶(hù)。 整套空分設備包括：空氣過(guò)濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
方案八	高純氮掛氧塔	本流程適合于大量氮氣產(chǎn)品及少量氧氣產(chǎn)品。
方案九	單塔正流	本流程投資較低，適合于低壓氮氣產(chǎn)品。

方案五圖

9種方案對比：

注：1）電費按0.59元/KWH，一年按8000小時(shí)；2）空氣壓縮機按國產(chǎn)考慮。

特點(diǎn)分析：

方案1操作簡(jiǎn)單方便，直接得到產(chǎn)品氮氣，而且可以多提取一定比例的液氮，不需要增加額外的機器。適合后續需要穩定氣源的化工型企業(yè)，但能耗較高。如果企業(yè)有自己的發(fā)電廠(chǎng)或電費便宜，此種方案為較好方案。

方案2比方案1操作較復雜，產(chǎn)品氣從膨脹機的增壓端抽出，充分利用了膨脹機的膨脹功來(lái)提高產(chǎn)品氣的壓力，降低了空氣壓縮機的能耗，比方案1有一定的優(yōu)勢。但產(chǎn)品氣的壓力需根據膨脹機的膨脹量來(lái)決定，在空分變負荷操作時(shí)或膨脹量變化時(shí)，其出氣壓力也要跟著(zhù)變化，導致后續氣源的不穩定性。此種方案適合用戶(hù)對氣源壓力要求不是太苛刻的企業(yè)，如鋼鐵企業(yè)。能耗相對方案1較低。

方案3在方案1的基礎上增加了一臺氮氣壓縮機，從冷箱出來(lái)的產(chǎn)品氣為0.4MPa，然后經(jīng)過(guò)氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，流程形式與方案1、2一樣，主要增加了一臺機器，操作上較復雜。此種方案適合用戶(hù)對氣源壓力要求不是太苛刻的企業(yè)，如鋼鐵企業(yè)，另外可提高氮氣壓縮機的壓力進(jìn)入球罐來(lái)進(jìn)行調壓。其能耗最低。

方案4是常規的外壓縮流程形式，利用雙塔精餾，從冷箱出來(lái)的氣體在經(jīng)過(guò)氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa。此種流程形式為常規外壓縮空分設備，流程形式比較成熟，可以產(chǎn)出一定比例的氧氣，適合用戶(hù)需要氧氣或者周邊有需要氧氣或者液氧的企業(yè)。其投資最多，能耗一般。

方案5是在方案1與方案4組合出來(lái)的一種流程形式，其提取率高，能耗一般，操作較復雜。主要的優(yōu)勢是可以同時(shí)生產(chǎn)兩種氮氣產(chǎn)品。

方案6是在方案1的基礎上，增加一個(gè)純氮塔，利用廢氣作為其原料氣進(jìn)行二次提純，然后經(jīng)過(guò)一臺液體泵，把低壓塔的液氮打入高壓塔，為高壓塔提供一定的回流液，從而可以提高氮氣提取率，降低能耗。膨脹機是利用廢氣膨脹。這種流程不能產(chǎn)生較多液體。

方案7是在方案1和方案4、5的基礎上，增加一個(gè)純氮塔，利用廢氣作為其原料氣進(jìn)行二次提純，然后經(jīng)過(guò)一臺液體泵，把低壓塔的液氮打入高壓塔，為高壓塔提供一定的回流液，從而可提高氮氣提取率，降低能耗。膨脹機采用空氣增壓透平膨脹機為空分制取冷量。

從以上方案比較可以看出，方案6、7能耗最省，操作相對復雜。

氮氣是一種應用領(lǐng)域廣泛的工業(yè)氣體，其主要應用在電子封裝、化學(xué)加工、照明、熱處理、食品封裝、食品冷凍、金屬制造、玻璃生產(chǎn)、石油精煉、橡膠粉碎、生物制藥等場(chǎng)合。目前的高純氮設備主要采用低溫精餾的方法生產(chǎn)高純氮，精餾作為一種傳統的分離提純手段已有上百年的歷史，它被廣泛應用于冶金、化工、玻璃、電子等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。