生產(chǎn)企業(yè)如何選擇供氮方式 |
| 2009/2/23 |
生產(chǎn)企業(yè)如何選擇供氮方式
煙臺辰坤科技有限公司 李庚平 一、序言很多企業(yè)生產(chǎn)需要氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，或作為載體，但在選擇那種供氮方式？，選擇供氮的技術(shù)要求等存在一些誤區(qū)。有的總是一味的要求較高技術(shù)指標(biāo)，致使資源浪費(fèi)，生產(chǎn)成本加大，設(shè)備投資增大;有的供氮的方式選擇錯誤，同樣致使生產(chǎn)成本加大并給安全生產(chǎn)管理造成很大麻煩！。針對這些狀況，本人通過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對于生產(chǎn)企業(yè)如何選擇供氮方式？氮?dú)庖笫裁礃拥募夹g(shù)要求？，特做幾點(diǎn)說明，供用戶選擇時參考。 二、關(guān)于氮?dú)獾膸讉�基本概念 為合理選擇供氮系統(tǒng)首先要了解有關(guān)氮?dú)獾膸讉�基本概念： 1、純度 純度是氮?dú)獾囊粋�重要技術(shù)參數(shù)，按國標(biāo)氮?dú)獾募兌确譃楣I(yè)用氮?dú)�、純氮和高純氮三級，它們的純度分別為99．5%(O2≤0．5%)，99．99%(O2≤0．01%)和99．999%(O2≤0．001%)。 2、 流量 流量是指氣體流動過程中，單位時間內(nèi)通過任一截面的氣體量。流量有兩種方式表示，即體積流量和質(zhì)量流量。前者指通過管路任一截面的氣體體積，后者為通過的氣體質(zhì)量，在氣體工業(yè)中一般均采用體積流量以m3／h(或L／h)為度量單位。因氣體體積與溫度、壓力和濕度有關(guān)，為便于比較通常所說的體積流量是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(溫度為20℃，壓力為0．101MPa，相對濕度為65%)而言，此時的流量以Nm3／h為單位，“N”即表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。 3 、壓力 壓力有表壓和絕對壓力之分，工程上把大于大氣壓力并以大氣壓力為起點(diǎn)(零點(diǎn))來表示的壓力稱為“表壓”，把壓力為零時稱為“絕對壓力”，在氣體行業(yè)中，若無特殊說明其壓力均指表壓，其單位為Mpa。 4、 露點(diǎn) 氣體露點(diǎn)是指氣體中的水份從未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣的溫度。當(dāng)未飽和水蒸氣變成飽和水蒸氣時，有極細(xì)的露珠出現(xiàn)，出現(xiàn)露珠時的溫度叫做“露點(diǎn)”，它表征氣體中的含水量，露點(diǎn)越低，表示氣體中的含水量越少，氣體越干燥。 三、供氮?dú)庠?/span> 1、 瓶裝氮?dú)?/span> 鋼瓶容積為40L，額定充壓15MPa，足額貯氣6Nm3，實(shí)際一般為4-5 m3，根據(jù)用戶需求不同，瓶裝氮?dú)獾募兌扔?9．5%，99．99%和99．9999%之分，價格在從18～80／瓶不等，即氮?dú)鈨r為3 .5～15元／Nm3。 2 、液氮 液氮是深冷空分制氮的產(chǎn)物，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1噸液氮可氣化為800m3的氮?dú)�，但使用時的實(shí)際利用率一般在90%上下，或者更低。即1m3液氮能實(shí)際利用的氮?dú)饧s為720m3左右，使用液氮視罐的大小氮?dú)鈫蝺r為2.0-3.8元／m3。 現(xiàn)場使用液氮時，用戶必須配備液氮貯罐與流量相應(yīng)的氣化器及與壓力相應(yīng)的調(diào)壓閥等。液氮純度高，質(zhì)量穩(wěn)定，供應(yīng)一般有保證，使用方便。 3、 現(xiàn)場制氮 現(xiàn)場制氮是指氮?dú)庥脩糇再徶频O(shè)備制氮，目前國內(nèi)外，工業(yè)規(guī)模制氮有三類：即深冷空分制氮、變壓吸附制氮和膜分離制氮。 3.1、深冷空分制氮 它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù)，已有100多年的歷史，它的特點(diǎn)是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，無須再純化便可直接應(yīng)用，但它工藝流程復(fù)雜，占地面積大，基建和裝置投資費(fèi)用高，需專門的維修力量，操作人員較多，產(chǎn)氣慢(24-48h)，它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，氮?dú)獬杀驹?．5-1.0元／m3左右。 3.2、變壓吸附制氮 變壓吸附(Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA)氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。經(jīng)過50年來的發(fā)展，該技術(shù)日趨成熟，是現(xiàn)場制氮最常用的方法，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競爭對手。 變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有顯著的特點(diǎn)：吸附分離是在常溫下進(jìn)行，工藝簡單，設(shè)備緊湊，占地面積小，開停方便，啟動迅速，產(chǎn)氣快(一般在30min左右)，能耗小，運(yùn)行成本低，自動化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝即可，無須專門基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可調(diào)節(jié)，產(chǎn)氮量≤2000Nm3／h。本公司PSA制氮技術(shù)，無須后級純化就可以生產(chǎn)純度≥99．999%的高純氮，但設(shè)備技術(shù)要求高，價格也高，性價比偏低。對于需用高純氮的企業(yè)，我們一般推薦采用普通制氮設(shè)備再配純化裝置的工藝流程，性價比最好。 3.3、膜分離空分制氮 膜分離空分制氮也是非低溫制氮技術(shù)的新的分支，是80年代國外迅速發(fā)展起來的一種新的制氮方法，本公司即代理美國PRISM公司的膜主件，在國內(nèi)以供應(yīng)多臺膜分離制氮機(jī)。 膜分離制氮是以空氣為原料，在一定的壓力下，利用氧和氮在中空纖維膜中的不同滲透速率來使氧、氮分離制取氮?dú)狻Ｋc上述兩種制氮方法相比，具有設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單、體積更小、無切換閥門、操作維護(hù)也更為簡便、產(chǎn)氣更快(3min以內(nèi))、增容更方便等特點(diǎn)。但純度一般要求在99.5以下。膜分離制氮比較適合氮?dú)饧兌纫笤凇?8%左右的用戶，此時具有最高性價比。如需高純氮?dú)馑瑯有枧鋫浼兓b置。 3.4、氮?dú)饧兓?/span> 氮?dú)饧兓椒?工業(yè)規(guī)模)目前有三種： (1)加氫除氧法。在催化劑作用下，普氮中殘余氧和加入的氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，其反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O，再通過后級干燥除去水份，而獲得下列主要成份的高純氮：N2≥99．999 %，O2≤5×10－6，H2≤1500×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．5元／m3左右。 (2)加氫除氧、除氫法。此法分三級，第一級加氫除氧，第二級除氫，第三級除水，獲得下列組成的高純氮：N2≥99．999%，O2≤5×10－6，H2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元／m3左右。 (3)碳脫氧法。在碳載型催化劑作用下(在一定溫度下)，普氮中之殘氧和催化劑本身提供的碳發(fā)生反應(yīng)，生成CO2。反應(yīng)式：C+O2=CO2。再經(jīng)過后級除CO2和H2O獲得下列組成的高純氮?dú)猓篘2≥99．999%，O2≤5×10－6，CO2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元／m3左右。 除上述三種供氮方式外，近年來又出現(xiàn)了一種租賃供氮方式即由用戶租賃制氮設(shè)備現(xiàn)場制氣或由制氮設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)在氮?dú)馐褂矛F(xiàn)場制氮，用戶買氣，按量付款。因供氣量多少不同，價格也不一樣。雖然單位制氮成本比自購設(shè)備現(xiàn)場制氮要高，但一次性投資少，使用方便，用戶無風(fēng)險(xiǎn)。 四、供氮方式的選擇 上述幾種供氮方式用戶可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際狀況合理選擇，原則是在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下選擇性價比高的方式為宜，其主要的步驟如下： 1、首先認(rèn)真計(jì)算所用氣體的流量以及后期發(fā)展的余量。 2、 滿足什么主要技術(shù)條件即可滿足本公司的生產(chǎn)要求。 3、有沒有其他技術(shù)要求(如產(chǎn)品氣的露點(diǎn)、塵埃、細(xì)菌等)。 4、以上確定好后，再結(jié)合本企業(yè)的產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)規(guī)模、用氣設(shè)備類型、資金狀況、發(fā)展規(guī)劃等綜合考慮供氮方式和供氮規(guī)模，那種最適合本企業(yè)的實(shí)際情況。 五、結(jié)論 1、明確對氮源的要求是選擇供氮方式的前提。 2、熟悉各種氮源的特點(diǎn)是選擇供氮方式的基礎(chǔ)。 3、一般來講用氮量在5Nm3／h以上時，就可以選擇現(xiàn)場制氮比較經(jīng)濟(jì)，用氣量越大，效益越顯著，對科研單位小型高純現(xiàn)場制氮機(jī)也是非常實(shí)用和方便的。 4、現(xiàn)場使用高純氮的企業(yè)，采用PSA高純制氮機(jī)或膜分離制氮機(jī)和純化設(shè)備組和使用是最佳選擇。對液氮供應(yīng)方便的地區(qū)采用液氮罐供氣也是可選的方式。 5、即使采用了現(xiàn)場制氮設(shè)備，對于不能停產(chǎn)要求較高的企業(yè)，一般要求配備雙機(jī)組或配備液氮貯罐，它的作用是在設(shè)備正常維護(hù)(如空壓機(jī)換油和空氣凈化設(shè)備的濾芯清洗或更換)時的短時停機(jī)或設(shè)備偶發(fā)故障的停機(jī)維修時保證供氣的連續(xù)性的備用措施。這樣，用戶就無后顧之憂，實(shí)踐也充分證明了這點(diǎn)。
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