新思气体制氮机技术方案.doc

SINCE新思气体制氮机技术方案PSA制氮原理介绍1. 变压吸附制氮系统变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）是一种先进的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。1.1 PSA技术具有以下优点：* 产品纯度可以随流量的变化进行调节；* 在低压和常压下工作，安全节能；* 设备简单，维护方便；* 微机控制，全自动无人操作；* 设备一次性投资低，运行成本低；1.2 关于吸附剂吸附剂是PSA制氮设备的核心部分。一般地，PSA制氮设备选择的是碳分子筛，它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不能被吸附。1.3 变压吸附的原理在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大。反之，压力越低，则吸附量越小。如下图所示：吸附量 吸附压力0如上所述，在空气压力升高时，碳分子筛将大量吸附氧气、二氧化碳和水分。当压力降到常压时，碳分子筛对氧气、二氧化碳和水分的吸附量非常小。变压吸附设备主要由A、B二只装有碳分子筛的吸附塔和控制系统组成。当压缩空气（压力一般为0.8MPa）从下至上通过A塔时，氧气、二氧化碳和水分被碳分子筛所吸附，而氮气则被通过并从塔顶流出。当A塔内分子筛吸附饱和时便切换到B塔进行上述吸附过程并同时对A塔分子筛进行再生。所谓再生，即将吸附塔内气体排至大气从而使压力迅速降低至常压，使分子筛吸附的氧气、二氧化碳和水分从分子筛内释放出来的过程。PSA制氮系统技术方案一、新思气体设计方案描述及工艺流程图活性炭吸附器空气缓冲罐7级过滤器3级过滤器空压机冷干机9级过滤器氮气出口流量：30m3/h纯度：99.99%氮气储气罐制氮机本套装置由压缩空气系统、压缩空气净化系统、变压吸附制氮机组成。1. 压缩空气系统压缩空气系统由空气压缩机和空气缓冲罐组成，提供变压吸附制氮装置所需的压缩空气。工艺要求该系统提供稳定的输出压力和足够的气量。空压机选用运转可靠，维护简单，低噪音，无基础运转的喷油螺杆式空压机。2. 压缩空气净化系统从缓冲罐出来的经过压缩的空气首先进入9级过滤器，然后进入冷冻式干燥机，让压缩空气强制降温，使空气中水蒸汽冷凝结成液态水夹带尘、油排出机外。冷干机最好放置于压缩机房。工艺流程采用冷冻干燥机除油水，基于四点原因：一是后级7级送气管路过滤器进气口最大液体负载：2000ppm w/w（露点-12），不采用冷冻干燥机，7级送气管路过滤器易失效；二是冬季室外气温较低，压缩空气温度降低后析出水份，堵塞管路系统，管路系统需倾斜并制作排液；三是管路系统析出水份后易腐蚀生锈；四是以后如需提高氮气纯度，空气净化是必备的。 冷干机的后级为精密过滤器组，精密过滤器组由二级过滤器组成。分别是7级主管路过滤器，3级高效除油雾过滤器。7级送气管路过滤器精度为1um，滤除1um和更大的固态与液态颗粒，残留油份含量1ppm w/w。3级高效除油雾过滤器过滤精度0.01um，滤除0.01um和更大的固态与液态颗粒，99.999+%油雾；残留油份含量0.001 ppm w/w。压缩空气品质达到 ISO8573.1质量等级1级。这样洁净干燥的压缩空气便可进入后级制氮部分经变压吸附装置产生纯度99.99%的氮气。3、新思公司PSA制氮系统优势与特点一 、 关键技术及产品 先进的吸附器结构和PSA工艺流程设计 完美的PSA工艺程序设计 旋风蜂窝式气体分布结构 暴风雪式分子筛装填工艺技术及可靠的自动压紧方式 独特的氮气稳流塔设计 关键部件全部选用国际知名品牌的产品11、先进的吸附器结构和PSA工艺流程结合德国Carbotech公司及美国APCI公司先进的吸附器结构设计和优化的丁字型变压吸附流程，确保碳分子筛的效率与寿命的最佳结合，属当今气体分离行业中的领先技术水平。12、氮气制取系统的独特的PSA工艺程序设计1.2.1、 开机程序 制氮机开机启动后进入开机程序。开机程序为两吸附塔按照吸附周期进行切换，但不输出氮气至氮气工艺罐。目的是使两吸附塔内的碳分子筛适应吸附工况，避免开机初始碳分子筛再生不彻底，造成每次开机后达到纯度正常时间延长并且增加碳分子筛的吸附疲劳强度。开机程序时间约为5分钟。1.2.2、 运行程序 开机程序结束后自动进入运行程序。运行程序为两吸附塔按照吸附周期进行切换，同时输出氮气至氮气工艺罐。A塔进气吸附输出氮气，B塔解吸再生；A塔吸附及B塔再生结束后，AB塔均压；均压后 B塔进气及氮气回流后吸附输出氮气，A塔解吸再生。运行程序以约2分钟周期循环进行。1.2.3、关机程序当由于其他因素要求停机时，按启动停止按钮自动进入关机程序。进入关机程序后制氮机并非立即停止工作。首先吸附塔停止进气及输出氮气；第二步A塔B塔同时放空解吸。关机程序时间为1分钟左右。采用关机程序可避免残留在吸附塔内的氧气被碳分子筛长期吸附直至下次开机，从而可降低碳分子筛的吸附疲劳强度延长碳分子筛的使用寿命。采用以上控制工艺后,可进一步保障碳分子筛的使用寿命,缩短开机时间.13、旋风蜂窝式气体分布结构 旋风蜂窝式气体分布结构，气体分布均匀，是吸附塔按最佳高径比设计的前提；采用此技术有效地避免了气流对碳分子筛的局部冲击，大大延长了碳分子筛的使用寿命；同时避免了隧道效应，保证气流均匀的通过碳分子筛床层，提高了碳分子筛的利用率。14、暴风雪式分子筛装填工艺技术 采用德国Carbotech公司“暴风雪式”分子筛装填工艺技术，确保吸附塔内碳分子筛装填均匀紧密、无死角；与其它装填方式相比，碳分子筛装填密度提高了10%，大大减少碳分子筛之间的空隙，有效地控制住因分子筛相互间的碰撞而造成的粉化现象。两种装填工艺对比见下表：项 目振动式暴风雪式说 明装填密度(kg/m3)620 - 680700720德国Carbotech公司实践数据装填均匀度有隧道效应均匀一致同时再采用德国Carbotech公司的“自补偿式”压紧方式可以： 分子筛装填密度大，防止流化现象并延长了分子筛使用寿命，使用寿命可达8-10年；同时不用再补充或添加分子筛； 分子筛均匀紧密，避免了隧道效应，保证气流均匀通过工作床层，使分子筛得以充分利用，提高了产氮效率；并同时消除了分子筛突然下沉现象的发生。碳分子筛的选用碳分子筛是一种以天然椰壳为原料，经特殊的粉化、造孔、加工而成的专门用于提纯空气中的氮气的专用吸附剂，分子筛的比表面积大，其孔径分布非常集中均匀，只比氧分子直径略大，因此非常有利于对空气中氮氧的分离。日本武田碳分子筛在堆密度、颗粒直径、硬度及强度、产氮率、回收率、使用寿命上要优于国产分子筛。故本制氮机的碳分子筛选用进口碳分子筛。15独特的氮气稳流塔设计采用日本大洋酸素公司技术设计的独特的氮气稳流塔，具体设计为双层单向流通结构可使氮气出口压力稳定；第一层作为制氮机切换氮气回流罐，降低压缩空气对碳分子筛的冲击。第二层作为制氮机输出氮气缓冲罐，可使氮气出口压力稳定。达到了稳定氮气出口压力，控制气体流速，消除纯度波动的目的，并缩短了制氮装置的启动时间。16关键部件全部选用国际知名品牌的产品如切换阀门选用德国宝德公司的产品，碳分子筛选用原装日本武田分子筛，PLC可编程控制器选用日本欧姆龙的产品，过滤芯选用美国汉克森产品。二、 使用优势 本制氮装置主要应用了以上技术及产品后，以解决常规PSA制氮系统存在的缺陷，从而提高了制氮设备的可靠性与使用寿命及氮气回收率等。1、 使用寿命更长 可到达10年以上，并可保证10年内无须添加分子筛2、 使用更可靠更稳定 稳定使用可到达10年以上，各项指标年衰减率小于0.2%3、 开机时间更短从开机到出合格氮气的时间为15分钟以内4、 出口压力更稳定氮气出口压力波动范围在0.1Mpa以内5、 回收率更高（能耗更低）选用日本武田的碳分子筛回收率可达到40%以上6、全自动化操作更简单内置微电脑控制与触摸屏控制，以下是触摸屏显示图形：A、实时工作状态、累计运行时间、工作流程及阀门的开、关状态。B、操作工人只需通过触摸屏开停机、参数设置、查看系统故障信息。例如还可以显示气体出口压力、出口流量、纯度、露点等。真正实现了设备的智能化、自动化操作等。二、PSA高纯制氮系统技术参数1.产品气技术指标:氮气流量：30Nm3/h氮气纯度：99.99%露 点： -50(常温露点)出口压力： 0.5Mpa-0.7Mpa 2. 各分体设备技术指标:（用户提供）1 排气量:3.8Nm3/min 排气压力0.8Mpa2、压缩空气净化系统(1) 额定处理量:5.0Nm3/min(2) 三级过滤器(外带压差表)型 号: SF-9级SF-7级SF-3级残留油份:0.001ppm过滤精度:0.01u (3) 活性炭吸附器1、30Nm3/h变压吸附制氮装置型 号: PN-30-49型氮气流量: 30Nm3/h氮气纯度: 99.99%氮气压力：0.5Mpa -0.7Mpa功 率: 1KW露 点：-50制 造 商：苏州新思气体三、设备组成1活性炭吸附器高效除油设计1个2、30Nm3/hPSA制氮装置(PN-30-49型) 名 称型 号数量备 注变压吸附塔2只日本武田碳分子筛气动角式阀8只德国宝德公司电磁先导阀8只德国宝德公司涡流气流分布器专业制作2只德国卡波公司技术膜滤气流分布器专业制作2只韩国世钟素材公司自补式压紧装置专业制作1套单联处理件1套美国诺冠公司取样减压阀1只美国诺冠公司直流24V电源1只台湾明韦流量计1只常州双环压力表Y-603只消音器1套管道阀门系统专业制作1套PLC控制器OMRON1套日本OMRON公司纯度声光报警系统专业制作1套动态流程面板系统（触摸屏）专业制作1套氧分仪进口氧探头1只梅城建德储气罐名 称型 号数量备 注储气罐10m31只0.8 MPa上海申江说明：在压缩空气净化系统后级配置一活性炭过滤器。配置活性炭过滤器的目的：是当前级的空气过滤器滤芯没有及时更换时，活性炭过滤器可以吸附压缩空气中的杂质，起到保护变压吸附制氮机的作用；四 SINCE新思气体其它要求一、公用设施要求：1. 原料氨要求要求使用符合GB536-88标准中一等品以上的液氨，本系统需要 53.8 kg/h不同等级氨的杂质指标指标名称指标优等品一等品合格品氨