空氣分離設備

到50年代，由於吹氧鍊鋼和高爐鼓風工藝的推廣應用以及氮肥工業的迅速發展，空氣分離設備向大型化發展，並應用了近代的科研成果，如採用透平壓縮機、透平膨脹機、板翅式換熱器、微型計算機和分子篩吸附器等設備之後，空氣分離設備不斷得到改進和完善，設備中的空氣壓力從高壓（20兆帕）降到低壓（小於1兆帕）,單位產品的電耗也逐漸下降（每立方米氧的電耗從1.5降至0.6千瓦·小時）。現代空氣分離設備能生產各種容量、不同純度的氣態或液態產品，也能製造超高純度的氧和氮（如含氧99.998%和含氮99.9995%）空氣分離設備還能根據用戶的需要，通過電子計算機的控制，隨時增減產品的數量，達到經濟用氧的目的。到80年代，大型空氣分離設備的氧氣生產能力已達到70000米(/時；空氣壓力下降到0.36兆帕；連續運轉周期可達2年以上。

SMN氮膜系統是一種空氣分離設備，SMN氮膜系統由空氣壓縮機、過濾器和 SMN膜分離制氮裝置組成。壓縮空氣經過濾器進入SMN膜分離制氮裝置，空氣中的氧氣、水蒸氣及少量CO2 快速透過膜進入膜的另一側被富集；氮氣透過膜的相對速率慢而留在膜滯留側被富集。富集后的氮氣其出口壓力大小几乎和壓縮空氣進入膜系統時的壓力相同，動力損耗非常小。利用空氣分離設備-SMN氮膜系統，可將空氣中氮從78% 提高到95% 以上，最高可得到99.9% 的純氮。用戶如果要更高純度的N2，可以配置化學催化脫O2，得到純度直99.9995% 的高純氮。

空氣分離設備-SMN氮膜系統已形成了適合各種用途的全套系列，並通過調節壓縮空氣的壓力、流速及溫度等因素而得到您所希望的氮氣產品純度和產量。同時，在氮膜系統的滲透側可得到富氧空氣，富氧濃度在30--40%。

流量 1--2000Nm3/hr

壓力 ≤1.2MPa

純度 95--99.9995%

露點 -40 -- -70℃

三、空氣分離設備-SMN氮膜系統的優點

通過增加膜組件可很容易地擴大系統產氮量，壓力損失小；

實現無人看管，系統全部由計算機操作管理，純度在95%~99.9%之間由流量自由調節；

開機、停機簡單方便，啟動到正常供氣僅需幾分鐘，膜組壽命可長達十年；

甚少保養，無運動部件，無須更換移動組件，根據用戶需要現場配置不同規格的氮氣系統；

重量輕，結構緊湊，節省空間，移動方便，與氮氣純化裝置連接方便。

空氣分離設備是由多種機械和設備組成的成套設備，常按空氣壓力來分類。常用的有高壓、中壓和低壓3種．

選擇設備類型時應考慮產品種類、容量和純度的要求，以及電耗、安全連續運轉周期等因素。

低壓設備由於電耗低、連續運轉周期長、經濟效益高，被廣泛採用。

低壓空氣分離設備。整個設備由空氣壓縮系統、雜質凈化和換熱系統、製冷系統和液化精餾 4個主要系統組成。相應的機械設備有空氣透平壓縮機、空氣冷卻塔、透平膨脹機和分餾塔等。低壓空氣分離設備的工作原理建立在液化循環和精餾理論基礎上進入的空氣先經空氣過濾器，而後由透平壓縮機空氣冷卻塔壓縮和冷卻到壓力為0.5兆帕、溫度為303K左右，再進入切換式換熱器(E1、E2)兩換熱器能清除空氣中的水和二氧化碳，並進行熱交換，把空氣冷卻到接近液化溫度(101K)後送入下塔，從下塔抽出一部分空氣送到換熱器(E2)加熱。加熱的空氣與下塔來的少量冷空氣匯合後進入透平膨脹機絕熱膨脹，產生需要的冷量，然後被送往上塔精餾。餘下的空氣在下塔初步精餾。在底部得到含氧38%的液化空氣，在下塔的頂部得到含氮 99.99%的純液氮，在中部獲得含氮約95%的污液氮。液化空氣、純液氮、污液氮分別從下塔抽出通過節流閥減壓到約0.05兆帕，送入上塔作迴流液，在此進行第二次深低溫精餾，在上塔底部得到含氧99.6～99.8%的高純度氧氣，流經換熱器(E4、E2、E1)與空氣進行熱交換，升溫到大氣溫度後排出塔外。在上塔頂部獲得含氮99.999%的高純度氮氣，在上塔中部得到含氮約96%的污氮，均經換熱器(E3、E4、E2、E1)復熱到大氣溫度後排出裝置。位於上、下塔之間的冷凝蒸發器也是一種換熱器，它的功用是通過換熱，將上塔底部的液氧蒸發，而將下塔的氣氮冷凝，故稱冷凝蒸發器。液氧蒸發后一部分作為產品輸出，其餘部分作為上塔精餾所需的上升蒸氣。下塔冷凝的液氮，一部分送往上塔作上塔迴流液，另一部分作為下塔精餾所需要的迴流液。因此，冷凝蒸發器是使上、下塔能起精餾作用的不可缺少的設備之一。除上述主要設備外，冷箱內還有吸附器，它能吸附未被凍結在換熱器(E1、E2)中的雜質二氧化碳和易爆物質。箱內還設有液氧泵，使液氧循環流動和清除致爆物質，以保證設備的安全運轉。在低溫下工作的換熱器、塔、液氧泵和透平膨脹機等都裝在填充有絕熱材料的冷箱內，以減少冷量損失。出冷箱的產品氧氣和氮氣，再送往貯存系統和透平壓縮機內升壓到需要的壓力后供用戶使用。

air separation plant

將空氣液化、精餾、最終分離成為氧、氮和其他有用氣體的氣體分離設備，簡稱空分設備。它的最低工作溫度為 77K。空氣是氣體的混合物，乾燥空氣的組成見表1[乾燥空氣的組成]。

1、凍結法凈除水分和CO2。空氣在冷卻過程中，水分和CO2在換熱器通道內析出、凍結；經一定時間后將通道切換，由返流污氮氣體將凍結的雜質帶走。根據換熱器的型式不同，又分為蓄冷器和板翅式切換式換熱器。這種方式切換動作頻繁，啟動操作較為複雜，技術要求高，運轉周期為1年左右；

2、按分子篩吸附凈化流程。空氣在進入主換熱器前，已由吸附器將雜質凈除乾淨。吸附器的切換周期長，使操作大大簡化，純氮產品量不再受返流氣量要求的限制，運轉周期可達兩年或兩年以上，目前受到越來越廣泛的應用。

變壓吸附制氮（簡稱PSA制氮）是一種先進的氣體分離設備，以優質的碳分子篩（CMS）為吸附劑，採用常溫下變壓吸附原理（PSA）分離空氣製取高純度的氮氣。氧、氮兩種氣體在分子篩表面上的擴散速率不同，直徑較小的氣體分子（O2）擴散速率較快，較多的進入碳分子篩微孔，直徑較大的分子N2擴散速率較慢，進入碳分子篩微孔較少。利用碳分子篩對氮和氧的這種選擇吸附性差異，當壓縮空氣通過碳分子篩吸附塔時，氧在吸附相富集，氮在氣體相富集，可使氧氮分離，在PSA條件下連續製取氮氣。

成本低：PSA是一種簡便的制氮方式，開機後幾分鐘產生氮氣，氮氣成本低於深冷法空分制氮；

選用優質進口碳分子篩：具有吸附容量大，抗壓性能高，使用壽命長；

雄厚的技術力量和優良的售後服務：設備集裝箱化，現場安裝時，

只需連接氣源，電源；

優良的電氣和機械裝配技術，提供連續性技術服務，負責現場調試及培訓工作；

低能耗：採用獨特的吸附塔、布氣系統、碳分子篩裝填工藝，並針對不同要求的制氮機選用不同工藝和不同型號的優質碳分子篩，使吸附塔體積縮小，空氣消耗量降低，從而合使能耗降低；

智能化：採用人性化的人機界面，智能化控制，您所做的只是按一下按鈕，就能源源不斷的供應所需的氮氣，解決您外購氮氣及搬運氣瓶的煩惱；

個性化；為特殊客戶量身定做，無需氮氣純化裝置，也可直接製取純度為99.999%的高純氮氣；

模塊化：採用獨有國家專利技術的模塊化結構，設備結構清晰流暢，緊湊美觀，具有極大的靈活性，便於未來系統擴容，降低投資成本；

長壽命：採用獨有的氣流控制技術和分子篩裝填技術，最大限度的減小氣流對分子篩的衝擊，降低分子篩的磨損，壽命更長。

空氣分離設備-變壓吸附制氮裝置主要技術指標

氮氣產量1~2000Nm3/h

露點：-40℃~-60℃

氮氣純度：95~99.999%

氮氣出口壓力：≤0.6MPa

壓縮空氣：壓力≥0.8MPa

其工藝流程為中壓帶透平膨脹機的克勞特循環。空氣從大氣中吸入空壓機，被壓縮到所需的壓力，再經末級冷卻器冷卻後進入氟里昂預冷機組，被冷卻至5℃左右進入純化器，在其中除去水份、二氧化碳、碳氫化合物等物質，進入分餾塔。經純化后的壓縮空氣進入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來的氧、氮及餾份氣進行熱交換后經節流閥與膨脹機出來的冷空氣會合於下塔底部的蒸發器，在下塔進行傳熱、傳質過程。液空在下塔預分后，再節流到上塔進一步分餾，在塔頂得到純氮氣，上塔中部抽出之餾份氣經上換熱器回收冷量後作為純化器再生吹冷用，產品純氮氣通過管道輸往用戶。產品氧氣在輸氧管路旁接水封器后導入貯氣囊通往氧壓機。