国内变压吸附制氮技术概述

1 前言
　　采用变压吸附技术从空气中提取氮气，在中小规模用户已经广泛普及。在2000Nm3/H能力范围内，比深冷更具吸引力，已经成为氮气市场的主流，它不但生产过程简单维护操作方便，产品纯度在一定范围内可以任意调节，而且规模从几十到上千方规模可以任意选用。
2．工艺介绍
　　以空气为原料，变压吸附制氮技术是在常温下利用O2和N2在吸附剂上的吸附速率的差异或吸附容量不同，采用在高压下吸附，低压下解吸原理来制备的。根据不同性能的吸附剂，制氮的机理也不相同。 目前变压吸附制氮采用碳分子筛（CMS）和沸石分子筛（MS）两种技术。 碳分子筛制氮（CMS）是利用碳分子筛对O2和N2吸附速率不同的原理来分离N2的。碳分子筛是一种非极性速度分离型吸附剂，通常以煤为原料，以纸张或焦油为粘结剂加工而成。它之所以能对氧氮分离主要是基于氧气和氮气在碳分子筛上的扩散速率不同（35℃时扩散速率，O2为6.2×10-5，N2为2.0×10-6），氧气在碳分子筛上的扩散速度大于氮气的扩散速度，使得碳分子筛优先吸附氧气，而氮气富集于不吸附相中，从而在吸附塔流出得到产品氮气。 碳分子筛制氮一般采用2个吸附塔，原料压缩空气经过冷干机除去气体中的水分和微量油进入床层，O2等杂质迅速吸附在床层上，N2得以分离在吸附塔出口得到，吸附结束后经过均压和真空解吸或者常压解吸，使吸附剂的杂质组分脱除再生，2个塔循环交替吸附再生。真空解吸或者常压解吸再生的目的是为了往复利用吸附剂。真空法较常压法能耗高，但产品气纯度高。实际中这两种解吸方法都在应用，不过为了降低能耗，真空解吸方式逐渐减少。碳分子筛技术能得到普氮，纯度小于99.99%时相对经济。 沸石分子筛制氮（MS）是利用沸石分子筛对O2和N2吸附容量不同的原理来分离N2的。沸石分子筛是人工合成的硅铝酸盐晶体，加热到一定程度失去结晶水得到的，它由离子孔穴和带负电荷的硅铝骨格所结构。它之所以能对氧氮分离主要是基于非极性的O2和N2受到极性分子的影响产生偶极，而O2和N2分子的诱导偶极与吸附剂固有的极性偶极具有吸附作用，在等温条件下分子筛吸附N2量大于O2，从而在吸附相解吸得到N2产品气，产品气压力低，使用时需要在加压故能耗较高。 MS制氮，原料压缩空气经过干燥器严格脱除水分和CO2，然后再进入MS分子筛床层，N2迅速吸附在床层上，O2等杂质作为吸附废气排空，吸附结束后经过真空解吸，得到产品N2。沸石分子筛制氮对原料要求严格，需要流程较为复杂投资和操作费用增加。
3．装置评价技术分析
　　评价一套变压吸附装置的优劣，一般从产品纯度、生产能力、回收率能耗等指标衡定。产品纯度和生产能力是装置设计目的，在一般情况下均可达到，而回收率和能耗往往被忽视。回收率也是能耗的一部分，收率低消耗的原料气也就越多，能耗也就增加。能耗一般指用于原料气或产品气生压和真空解吸所消耗的电能。从运行装置来看，一般氮气回收率在45-60%之间，单位能耗0.35KWh/Nm3左右。 一般真空解吸流程能耗高于常压解吸流程。流程合理吸附剂性能高的装置，回收率高能耗低。
以99.5%纯度氮气装置为例。
制氮方法
能耗 KWh/Nm3
碳分子筛
0.35
沸石分子筛
0.5-0.6
低温法
0.25

可以,有点参考价值

刚踏入这行
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