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并提供一種新型高純氮設備，包括預處理系統，純化系統和分餾塔，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器；精餾塔包括上塔和下塔。所研發的新型制氮裝置使得富氧和氮氣的冷量得到充分利用，節能環保；同時將富氧送入膨脹機進行制冷，結構合理、節約物料，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、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
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、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、氮氣壓縮系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
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、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、氮氣壓縮系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
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、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
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、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。
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。適合后續需要穩定氣源的化工型企業，但能耗較高。如果企業有自己的發電廠或電費便宜，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有一定的優勢。但產品氣的壓力需根據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，導致后續氣源的不穩定性。此種方案適合用戶對氣源壓力要求不是太苛刻的企業，如鋼鐵企業。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，如鋼鐵企業，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。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、電子等各個行業領域。