深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝性能比較

深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝性能比較

序號	項 目	深冷分離制氮	PSA 變壓吸附制氮	膜分離制氮
1	空氣分離原理	相同壓力下，液氧沸點大于液氮沸點。	相同壓力下，氧氣比氮氣更易被 吸附。	相同壓力下，氧氣滲透率高于氮氣。
2	制氮特點	低溫、連續(xù)、氮氣壓力穩(wěn)定。	常溫、制氮過程的吸附-均壓-解吸- 吸附過程壓力波動。	常溫、壓縮空氣在膜組件中連續(xù) 通過，無需循環(huán)切換。氮氣壓力穩(wěn)定。
3	操作壓力/MPa	1.8 ~0.9	0.85	1.3
4	操作溫度/℃	160~ － 190	≤45	40~50
5	產(chǎn)品種類	氣氮、液氮	氣氮	氣氮
6	啟動時間	>12 h	~40 min	~5 min
7	氮氣純度，φ/%	99~99.99%	≤99.99%	<99.9%
8	氮提取率，φ/%	純度 99． 99% 氮氣 40% ，純度 99. 9% 氮氣 45% ，純度 99% 氮氣 50% 。	純度99.99%氮氣17% ，純度99.9%氮氣32%，純度99% 氮氣42.1% ，純度97% 氮氣50% 。	純度99.9%氮氣15%，純度99%氮氣33%，純度97%氮氣48%。
9	制氮能力 ( 最大) /m3·h － 1	>10000( 根據(jù)需要)	純度99. 99% 氮氣 ~700，純度 99.9% 氮氣 ~1 500，純度99%氮氣 ~2500，純 度97%氮氣 ~2 500。	純度 99.9% 氮 氣~300，純 度99% 氮氣 ~ 600，純度97% 氮氣~800，純度95% 氮氣~1000。
10	主要設(shè)備	空氣壓縮機(jī)、預(yù)冷機(jī)組、分子篩吸附 器、電加熱器、透平膨脹機(jī)、主換熱 器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器。	空氣壓縮機(jī)、過濾器、干燥機(jī)、吸附 塔、氮氣緩沖罐。	空氣壓縮機(jī)、過濾器、干燥機(jī)、電 加熱器、膜組件。
11	占地面積	大	小	小
12	相對投資	1.2~1.5	1	>1.5

結(jié)合上表，對3種制氮工藝技術(shù)比較分析如下。

(1)PSA變壓吸附和膜分離制氮的工藝流程簡單，設(shè)備數(shù)量少，操作簡單，可隨時停機(jī)，并可長時間停機(jī)。深冷制氮不僅工藝流程復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多，且需在深冷低溫狀態(tài)下運行。在設(shè)備投入正常運行之前，有一個預(yù)冷啟動過程，啟動時間從膨脹機(jī)啟動至氮氣純度達(dá)到要求的時間一般不小于12h。在設(shè)備進(jìn)入大修之前，必須有一段加溫解凍的時間，一般為24h。因此，深冷分離制氮不適宜啟、停頻繁的場合。膜分離制氮與PSA變壓吸附相比，不僅設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單，而且無切換閥門，操作維護(hù)更為簡便，產(chǎn)氣所需時間也更短。

(2)深冷分離制氮可同時獲得氣氮和液氮，適宜需要液氮的工藝流程。液氮也可貯存于液氮儲槽作為備用，當(dāng)出現(xiàn)氮氣需求短時驟增或制氮設(shè)備小修時，可將貯槽內(nèi)的液氮汽化后送入氮氣管網(wǎng)以滿足工藝裝置對氮氣的連續(xù)性需求。PSA變壓吸附和膜分離制氮變壓吸附制氮只能生產(chǎn)氮氣，無備用手段，單套設(shè)備難以保證工藝裝置連續(xù)長周期運行。

(3)當(dāng)?shù)獨饧兌润w積分?jǐn)?shù)≤97%時，PSA變壓吸附和膜分離制氮工藝的氮氣提取率基本相當(dāng);當(dāng)?shù)獨饧兌润w積分?jǐn)?shù)>99%時，采用深冷分離制氮工藝氮提取率最高，PSA變壓吸附次之，膜分離制氮工藝氮提取率急劇降低。同時，制取相同壓力的氮氣，深冷分離制氮空氣壓縮機(jī)出口空氣壓力與PSA變壓吸附制氮相當(dāng)，而膜分離制氮壓力要求空氣壓力較高。3種制氮工藝主要能耗在空氣壓縮機(jī)，故當(dāng)制取氮氣純度較高時，膜分離制氮所需空氣壓縮機(jī)規(guī)模大，功率高，總能耗最高，PSA變壓吸附制氮次之，深冷分離制氮能耗相對較低。

(4)PSA變壓吸附制氮的氮氣分離吸附-解吸-吸附過程存在壓力波動，氮氣壓力不穩(wěn);而深冷分離和膜分離制氮的氮氣分離過程為連續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)品氮氣壓力較為穩(wěn)定。因此PSA制氮必需在PSA吸附塔氮氣出口增加氮氣緩沖罐，以緩沖氮氣，調(diào)蓄氣體壓力，從而保證氮氣產(chǎn)品壓力的穩(wěn)定性。

(5)深冷分離制氮設(shè)備多，流程長，占地大，投資較高。膜分離制氮與PSA變壓吸附制氮相比，所需空氣量大，壓比高，壓縮機(jī)規(guī)模大，對應(yīng)的空氣凈化組件(過濾器、干燥機(jī)、除油器等)比PSA變壓吸附大，投資高，且制氮核心部件的膜組件的成本也高于PSA吸附塔。因此，PSA變壓吸附制氮投資最低。

 

深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝流程圖

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