氮气与其他气体制造.doc

广州咨群洁净系统科技有限公司A R C O T E C H G A S S Y S T E M C O R P.Unit 2309 , RenFeng Building, No.490TiaHe Rd , Guangzhou , P.R.C 510620TEL2 FAX谈氮气制造兼论其它气体制造初期工业气体的使用，氧氧仅做为焊接使用，而氮气则用来合成氨。如今空气中各成份皆被广泛地应用于各种产业之中。不仅用于基础工业如化学、钢铁、电力等。亦用于高科技产业如医疗、太空工程、半导体、生物化学等。现今工业气体中以氮气为最大宗。而其应用也由化肥氨之原料应用，引伸到各行业中如生鲜食品之急速冷冻，化工电子等之惰性气体保护，工安方面之储槽氮封，维修前后之清扫及气压输送之应用，不一而足。由于工业大量使用对氮气之质量、纯度、数量，因使用之场所需求不同而有所区别，但对于价格之追求实时之服务却日渐升高。于是现行各专业气体厂商因应这种需要而发展出低温制造与非低温制造两种截然不同的制造方式。现代氮气制造虽有这两大类极大之分野，但其制程亦伴随时代之变迁而逐渐融合这两大类生产极为特殊之制程特性。传统低温制程为大量且高纯度，需求人力多，价格高之冷冻空气分离。而最近三十年来发展的非低温制程为小量、低纯度、实时自动无人化、价格低之吸附或渗透扩散方式来纯化氮气制造。但种特性区分有愈来愈模糊的倾向。传统低温制程亦有小型化、现场化、无人化、自动化、按钮式之发展，而非低温制程则有大量化、高纯度化之演变。依据法国冷空公司(Air Liquid)发展之制程简述如下:低温制程:ASU：其使用之原理为将原料空气压缩经由纯化去除水份及二氧化碳后再经膨胀冷冻后经精馏塔分馏、精馏而得。而其冷源之利用方式有二。一为电力，另一则为液化天然气气化。APSA：其使用之原理与ASU相同，是小型化的ASU。而其冷源则来自外加之液氮。非低温制程:PSA：其使用之原理是先将原料空气压缩除水后，再利用分子筛或 活性碳等之压力吸附方式除去水份、二氧化碳、氧气等。然 后再用减压方式再生分子筛等之吸附功能之简易制程。通常 为非现场装置式。AMSA：其利用之方式为将原料空气无压缩除水后，利用薄膜渗透方 式将气体纯化之大型简易现场制氮设备。FLOXAL：与AMSA相似，其使用之薄膜为杜邦公司发展的中空尼龙纤维束简称为MEDAL来纯化氮气之小型制氮设备。上述各种非低温制程其纯度可由95%提升到99.9%，流量则1NM3/Hr，到2300NM3/Hr其用途广泛，比起传统低温制程耗用能源小，实时等优点。故急速在气体领域中异军突起。低温分离概述： 本世纪初，一位法籍化学家乔治卡拉德(George Claude)发展出将单一的空气液化分馏制程，即有名的卡拉德制法，成功地在工业生产规模下将氧气由空气中分虽出来。气体分离制程:通常一座商业化运转的气体工厂，首先将原料经由压缩机提高压力做为分离制程之动力来源。再经由前处理方式除去水份及二氧化碳。其使用之方法有二。一为化学反应吸附方式。另一为物理方式经由热交换器将高沸点污染物如二氧化碳，冷冻下来，再经由来自精馏塔之废气将其吹除。然后再经由足够低温的热交换器将空气液化。提供足够低温的方法一种是等焓膨胀即是利用有名的焦耳汤姆生效应(Joule Thomson Effect)，另一种方式是等熵膨胀亦称为绝热膨胀。为了达到液化的经济效益，必须同时应用上述两种膨胀方式来液化。精馏或分馏是一种用来分离混合液中特定成份的方法。乃是利用各成份蒸气压不同之原理予以分离。精馏塔中精馏板设计的重点为使气液充份接触并降低压损至最小。商业上氮气、氧气的纯度取决于精馏板数目的多寡。通常精馏塔会分为一座高压塔及一座低压塔。高压塔主要是将空气初步分离出两种主要液化气体。一为液氮用来注入低压塔的上部提供向下流动的液体。另一为富氧空气。用来引入低压塔的中部。同时高压塔作为低压塔底部的热源。低压塔用来做最后的分馏、氧气由底部流出而氮气由顶部流出。主冷凝器则宜于高低压塔之间。它的作用是低压塔的再沸器同时也是高压塔的冷凝器。其目的是将液氧蒸发并将气氮冷凝。在商业运转上，通常依需要之不同而发展出双塔式或单塔式之精馏塔。由塔中引出之高纯度之产品可经由管线输送到直接客户。如果需要液化时则将精馏塔生产的气氮、气氧经过冷冻处埋即可液化。将此液化产品经由液化槽车运到客户供其使用。而氩气之分离系经由氩气纯化系统将粗氩纯化而得。至于稀有气体，则需要有相当规模之ASU方有可能予以分离。目前台湾均无此规模。Air Liquid公司则拥有全世界氙及氪的生产者。非低温其它气体制造商业上大量使用非低温生产之气体除了氮气以外有氧、氢、一氧化碳、二氧化碳。其纯度均可达90%以上，如果经过多重处理甚至可达99.99%以上。其利用之原理为杜邦与法国冷空公司发展的MEDAL。MEDAL为中空聚胺纤维细如发丝。快速气体具有高渗透率，经由薄膜扩散，由中空纤维内部渗出去外部。而慢速，气体流经管壁而滞留残存在内部流体之中。如此就可轻易地将空气中较快速的氧气排出，因而可以得到高纯度之氮气，或30%40%之富氧空气。此法用于甲醇裂解制氢程序时即可得到99%以上之高纯度氢气。通常高纯度非低温制程采用VSA方式，其原理类似氮气生产的PSA方式。其纯度可达95%以上之大量氧气。名词注释：PSA：Pressure Swing AdsorptionTSA：Temperature Swing AdsorptionVSA：Vacuum Swing AdsorptionMEDAL：MEMBRANE Separation System Dupont Air LiquidAPSA：Advance Product Supply A