氮气制造工艺课件

碳分子筛制氮机工艺编写人：罗阳雄四川汇维仕化纤有限公司1.

氮气性质及用途

制氮碳分子筛的制造工艺简介

碳分子筛制氮原理

PSA制氮工作原理及工艺流程

聚合制氮工艺目录2.氮气性质及用途物理性质氮在室温和大气压力下是无色、无嗅、无毒和不可燃的气体，沸点为-195.8℃，冷凝点：-210℃。分子式:N2，相对分子质量28.013，气体密度在（101.325kPa和21.1℃)时，1.160kg/m3，Cp（25℃）时1.038kJ/(kg•k)，Cv（25℃）时0.741kJ/(kg•k)化学性质通常条件下，氮对于大多数反应物都是相对惰情的。室温下元素氮能够被固定在生物系统中。在高温下，氮变得比较活泼，并能与氢、氧和一些金属结合：3H2+N2→2NH3O2+N2→2NO

3M+N2→M3N2(M=Ca,Mg,Ba用途工业：充灌在电灯泡作为保护气、焊接金属时的保护气、反应保护气体等农业：保存粮食、保存水果、保存食品等其他：博物馆里用来保存贵重文物等3.碳分子筛的制造工艺简介CMS的常规制备方法一般包括四个步骤：1）含碳材料粉碎、预处理、加粘结剂成型、干燥；2）成型物在惰性气氛下碳化；3）活化；4）调孔。孔径分布是CMS进行分离气体的重要因素，因而调孔是制备的关键步骤。CMS的制备方法因不同原料以及不同的气体分离体系而有所差异，下面是以树脂生产的分子筛工艺流程：制备CMS的原料非常广泛，有天然产物或高分子聚合物，具体可分为三类：1）各种煤及煤基衍生物；2）有机高分子聚合物，如萨兰树脂、酚醛树脂；3）植物类，主要是利用植物的坚果壳或核，如核桃壳、杏核、椰壳等。原料选择一般以低灰分产率、高含碳量以及尽可能低的挥发分为最佳。较好的原料主要是煤（褐煤、长焰煤、烟煤、无烟煤）、木材、果壳。近来国内亦有以石油残渣、石油沥青、石油焦、苹果渣为原料的。

碳分子筛制造原料碳分子筛制造步骤树脂生产碳分子筛工艺流程图4.搅拌捏合挤条成型废气废气固体树脂碳化沉积检测N2苯成品废气干燥粉碎球磨粉尘树脂粉树脂粉水煤焦油淀粉树脂生产碳分子筛工艺流程5.碳分子筛的孔径分布曲线6.碳分子筛外观照片7.碳分子筛制氮的原理碳分子式制氮技术的基本原理是利用：在环境温度下，空气中的氮气和氧气在碳分子筛（CMS）上的吸附性能不同（氮气通过，氧气被吸附）而对两者进行分离获取富集氮产品。氮气的分离主要分为两部分。空气压缩机生产压缩空气达7.0bar，空气中大部分气态水和油被冷凝后并由一个由旋风分离器脱出。在随后的系统中，灰尘、油和水分步骤脱出。空气离开分离器后，进入一个高效聚合过滤器（1.0微米精度），再次除去大部分99.7%尘粒和油水滴。在接下来的一个高效无油聚合页过滤器0.01微米精度，在此过滤精度达0.001毫克每立方米，由此出去大部分达99.999%尘粒和油水滴。经过的压缩空气进入独特干燥剂材料的吸附式干燥机，空气内吸附后，更多的水和油蒸汽被冷凝出去，离开干燥机的空气干燥温暖，空气中的残余水含量相当于压力露点-50℃.三级高效过滤器进一步降低粉尘含量，此时经过精密处理后的空气已达到

ISO8573.1.2.1的标准。空气净化装置8.O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2N2N2N2N2O2N2N2O2N2N2N2O2O2N2N2N2分子筛该产品属于碳素吸附剂，是由碳组成的多孔物质，孔结构模型为无序堆积碳素结构。碳分子筛是非计量化合物，其重要性质是基于它的微孔结构。它分离空气的能力，取决于空气中各种气体在碳分子筛微孔中的不同扩散速度，或不同的吸附力，或两种效应同时起作用。在平衡条件下，碳分子筛对氧和氮的吸附量相当接近，但氧分子通过碳分子筛微孔系统的狭窄空隙的扩散速度要比氮分子快得多，碳分子筛空分制氮就是基于这一性能，在远未达到平衡条件的时间之前，通过PSA工艺流程使氮气从空气中分离出来。其分离原理图如下：碳分子筛制氮原理9.碳分子筛对O2、N2的吸附特性平衡吸附曲线和动态吸附曲线图平衡吸附曲线动态吸附曲线图10.PSA制氮原理及工艺流程简介空气净化后的空气流经装填有多层特性的碳分子筛（CMS）的管腔。压缩空气由下至上流经吸附管腔，其间氧气分子在碳分子筛表面吸附，氮气由吸附管腔上端流出，进入一缓冲罐。经一段时间后，吸附塔中碳分子筛被所吸附的氧饱和，需进行再生。再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。两组吸附塔管腔交替进行吸附和再生，从而确保氮气的连续输出。因为吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，故该工艺称作变压吸附（PressureSwingAdsorption,简称PSA)。PSA制氮原理制氮机工作原理示意图11.压缩机除尘除油除水干燥器制氮机氮气过滤储罐去用户PSA工艺流制氮程图12.聚合制氮工艺聚合制氮工艺计算风送系统的风量：1960M3/Hr查化工工艺设计风送系统风量消耗：5~10%,在这儿取5%计算系统消耗，则有：Q风=Q系*5%=1960*5%=98M3/HrQ风——风送系统氮气补充量M3/HrQ系——风送系统风量M3/Hr生产系统现场需氮量从PID上查询，聚合工程现场需要初氮的系统共22处，按现场流量计平均2M3/Hr计算，共需氮气量：Q现=22*2=44M3/Hr所需总氮量：Q氮=Q风+Q现=98+44=132M3/Hr制氮机氮气量计算13.制氮系统氮气量已确定：132M3/Hr查DOMNICKHUNTER的资料所得其在氮含量为98%时制氮机的氮气回收率为45~46%在此取其氮气回收率为45%，则风送量为：Q空=132*0.98/（45%*78%）=368.6M3/Hr制氮机压空流量计算14.分子筛用量计算由前面的氧气吸附曲线（国产分子筛）可得1kg分子筛在压力为7kg/cm2吸附的氧气量约为0.96mole，相关资料表明：DOMNICKHUNTER的比表面积较国产分子筛比表面积大20~30%，因此，其饱和吸附量较国产的的高约20~30%，在此取25%，气体体积为125%*21.50L=26.88L由于PSA工艺采用不饱和吸附，吸附周期为120S，从氧气和氮气的动力学吸附曲线观察在60S时处于直线段，其一个吸附周期的吸附量：W周=0.8/1.05*1/8*26.88=2.56L1kg分子筛1小时吸附的量为WHr=30*2.56=76.8L所需分子筛的量（按100%的氧气被吸附计算）W分=（368.55*0.21）/76.8*1000=1000kg15.制氮机选型气体分子尺寸空气中的组成%长，nm宽,nmO20.390.2821Ar0.3841.0N20.410.3078氮气氧气的分子尺寸氮气流量(M3/Hr)压空流量(M3/Hr)氮气中氧含量(%)132366≤2工艺数据制氮机型号选择碳分子筛型号制氮机厂家制氮机型号数量(台)氮气流量（Nm3/hr)氧气含量(%)3ADOMNICHUNTERN2MAX210359.1≤216.压空质量等级执行标准：ISO8573.1Calss1.2.1Dirt质量等级灰尘粒子尺寸(微米）水的露点温度℃

(在7barg)油含量(mg/m3)10.1-700.0121-400.135-201.0415+35540+7256-+1017.制氮机STARTUP打开前面的制氮机护罩检查制氮机的氧分析仪电源是否连接打开制氮机里面的进口压空手动阀检查所有系统连接是否安全打开制氮机压空供给阀门,在线允许压力7barg打开On/OffSwitch7A.TheAmberEconomyLED12显示在制氮机工作后,7A.TheAmberEconomyLED12熄灭,制氮机后面的消音器放空能听见.如果没有声音,则启动失败,应请仪表人员检查原因数字化显示仪显示氧含量在工作5min后,检查连接的管线有无泄漏打开制氮出口阀门给用户供气18.制氮机SHUTDOWN关闭制氮机出口氮气阀门在约10min后,theGreenOn-lineLED11熄灭后，关闭程序开始当关闭程序结束后,TheAmberEconomyLED12将显示,所有的电磁阀已经关闭关闭电源开关,On/OffSwitch7A.制氮机关闭完成19.事故原因分析及对策事故事故原因措施没有气体,PLC没电或开关没电没有连接电源保险融化错误的电线连接连接电源更换保险检查连线电源打开后没有气体出去PLC出错,排气程序设定错误进气压力低检查PLC操作程序/联系供应商更换相关部件增加进口压力输出氮气中氧浓度高检测氧分析仪系统管道漏气外观检查,如果损坏则更换检查系统连接和管道连接并修复泄漏的地方输出压力低压力检测器有问题更换压力检测器进气压力低供气压力不够进口阀未全开集检查压空过滤器通知UT增加供气压力阀门全开更换压空过滤器噪音超标或震动大消音器松或有缺陷电磁阀磨损或线圈松动更换或修复消音器检查电磁阀线圈或更换出口压力高出口压力检测器有问题重新设置或更换压力检测器20.聚合制氮机设备清单设备名型号数量制造商备注N2GeneratorPusle2104套domnickhunter(U.K)220V1ph50HZ0.5KW×4unitAirFilterAO0145G1eadomnickhunter(U.K)AO1micronAA0.01micronAA0145G1eaN2FilterAO0058G1eadomnickhunter(U.K)AO1micronAA0.01micronAA0058G1eaAirFilterElementAO0145G1eadomnickhunter(U.K)AO1micronAA0.01micronAA0145G1eaN2FilterElementAO0058G1eadomnickhunter(U.K)AO1micronAA0.01micronAA0058G1eaAirDewpointmeterPeeudriHygrometer1eadomnickhunter(U.K)110V/220VO2Analyser0-10ppmANALOX11011eaSCOTTISHANGLOE.PLTD(U.K)PLCCheckControllerFX0-10LDER1eaMITSUBISHI(Japan)参考手册SolenoidValvecatalogno.27620134212eaASCO1/2〞Silencer4eadomnickhunter(U.K)1〞21.聚合工艺流程图PG8104PG8101PDI8101PG8105PDI8102PDI8103PDI8105PDI8104PG8