变压吸附制氮技术和其设备选型.pdf

第 39卷 第 12期 化 工 技 术 与 开 发 、，01．39 No．12 2010年 12月 Technology DevelopmentofChemicalIndustry Dce ．2010 题国既 变压吸附制氮技术及其设备选型 吴 卫，石绍军 (湖南化工职业技术学院化学工程系，湖南 株洲 412004) 摘 要：分析了变压吸附制取氮气的原理、工艺流程，比较了变压吸附制氮与其他制氮方法的优点，并且就变压吸附选 型的几个关键的技术和装备进行了介绍。 关键词：变压吸附；氮气；选型 中图分类号：TQ116．1 文献标识码 ：B 文章编号：1671-9905(2010)12-0056·03 1 氮气的制取方法及供氮方式 技术，变压吸附制氮设备简单，装置小巧，投资省， 操作、维修方便，可实现自动和远程控制，所以， 氮气在 自然界中分布很广，它的分子式为N2， 它备受青睐。 是空气的主要成分，氮气在干燥空气中体积占空气 2 变压吸附分离原理及技术优势 的78．08％。因此，空气是制取氮气的最大原料库， 它取之不尽，用之不竭。 2．1 变压吸附分离原理 4【】 工业用氮的制取方法主要有 ：低温精馏法(深 变压吸附制氮 (简称 PSA制氮)是一种先 冷法)：低温精馏法已有 100多年的历史，工业上 进的气体分离设备，以优质的碳分子筛 (CMS) 大规模生产氧、氮以此法最为经济，但至今已难 为吸附剂 ，采用常温下变压吸附原理 (PSA)分 以在空气分离领域中一统天下 ；变压吸附法：20 离空气制取高纯度的氮气。氧、氮两种气体在 世纪 70年代初 ，我国变压吸附法制取 N2的就地 分子筛表面上 的扩散速率不同，直径较小的气 装置开始在市场上出现，经过不断完善和改进， 体分子 (O2)扩散速率较快 ，较多地进人碳分 促使中小型空分设备在制氮领域内采用变压吸附 子筛微孔 ，直径较大的分子 N2扩散速率较慢 ， 法已远远超过低温精馏法 ；薄膜渗透法 ；化学吸 进入碳分子筛微孔较少。利用碳分子筛对氮和 收法 【一引。 氧的这种选择吸附性差异 ，当压缩空气通过碳 目前国内外供氮的方式，一般有以下几种：氮 分子筛吸附塔时，氧在吸附相富集 ，氮在气体 气就地装置供氮；液氮贮槽汽化供氮；管线供氮； 相富集，可使氧氮分离，在 PSA条件下连续制 钢瓶供氮。 取氮气。碳分子筛对氧的吸附容量随压力的降低而 我国在 2O世纪 8O年代前制氮装置大多采用深 减少，减低压力，即可解吸，完成碳分子筛的再生。 冷法，深冷空分作为一种传统的制氮方法为人类服 另外，碳分子筛对二氧化碳和水分也有吸附能力， 务了几十年，至今在大规模供氮时还是离不开深冷 且较容易减压解吸。碳分子筛对氧氮的吸附速度相 法。然而，深冷空分装置复杂，设备投资、占地面 差很大，(如图l所示)，在短时间内，氧的吸附速 积及基建费用等都比较大，操作、管理和维修也比 度大大超过氮的吸附速度，利用这一特性来完成氧 较麻烦，因而2O世纪7O年代以来，国内外积极运 氮分离。 用变压吸附分离理论，研究开发分子筛空分的制氮 作者简介：吴卫 (1967-)，湖南安化人，高级工程师，主要从事氯甲苯及其下游产品的研究开发，联系方 wuwei67@163．com 收稿 日期：2010．08．26 第 12期 吴 卫等：变压吸附制氮技术及其设备选型