空分高純氮裝置流程及特點

空分高純氮裝置流程及特點

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(tǒng)，純化系統(tǒng)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(jié)能環(huán)保；同時將富氧送入膨脹機進行制冷，結構合理、節(jié)約物料，流程配置簡單。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	從冷箱出來直接得到0.6MPa的壓力氮氣送往用戶。 整套空分設備包括：空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)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，再經過膨脹機增壓端增壓后送往用戶。 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的壓力氮氣進入活塞氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，送給用戶。 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的壓力氮氣進入離心氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，送給用戶。 整套空分設備包括：空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、氮氣壓縮系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。
方案五	雙塔雙冷凝+氮氣壓縮機	從冷箱得到0.3MPa的壓力氮氣進入離心氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa，送給用戶。 整套空分設備包括：空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、氮氣壓縮系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)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。 整套空分設備包括：空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)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。 整套空分設備包括：空氣過濾系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、空氣預冷系統(tǒng)、分子篩純化系統(tǒng)、分餾塔系統(tǒng)、液體貯存系統(tǒng)、儀控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等。
方案八	高純氮掛氧塔	本流程適合于大量氮氣產品及少量氧氣產品。
方案九	單塔正流	本流程投資較低，適合于低壓氮氣產品。

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；2）空氣壓縮機按國產考慮。

特點分析：

方案1操作簡單方便，直接得到產品氮氣，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(xù)需要穩(wěn)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提高產品氣的壓力，降低了空氣壓縮機的能耗，比方案1有一定的優(yōu)勢。但產品氣的壓力需根據(jù)膨脹機的膨脹量來決定，在空分變負荷操作時或膨脹量變化時，其出氣壓力也要跟著變化，導致后續(xù)氣源的不穩(wěn)定性。此種方案適合用戶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，從冷箱出來的產品氣為0.4MPa，然后經過氮氣壓縮機壓縮至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入球罐來進行調壓。其能耗最低。

方案4是常規(guī)的外壓縮流程形式，利用雙塔精餾，從冷箱出來的氣體在經過氮氣壓縮機壓縮至0.6MPa。此種流程形式為常規(guī)外壓縮空分設備，流程形式比較成熟，可以產出一定比例的氧氣，適合用戶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)勢是可以同時生產兩種氮氣產品。

方案6是在方案1的基礎上，增加一個純氮塔，利用廢氣作為其原料氣進行二次提純，然后經過一臺液體泵，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，增加一個純氮塔，利用廢氣作為其原料氣進行二次提純，然后經過一臺液體泵，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。

氮氣是一種應用領域廣泛的工業(yè)氣體，其主要應用在電子封裝、化學加工、照明、熱處理、食品封裝、食品冷凍、金屬制造、玻璃生產、石油精煉、橡膠粉碎、生物制藥等場合。目前的高純氮設備主要采用低溫精餾的方法生產高純氮，精餾作為一種傳統(tǒng)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、電子等各個行業(yè)領域。