膜分离制氮的原理
大气中空气基本上含有78%的氮和21%的氧。将普通干燥压缩空气过滤并通过技术上先进的中空膜纤维束,其中通过选择性渗透将氮气与进料空气分离。水蒸汽和氧气安全地快速渗透到大气中,同时氮气在压力下排放到分配系统中。
压力,流速和膜尺寸/数量是影响氮生产的主要变量。通过节流来自膜束的出口来控制氮纯度(氧含量)。在给定的压力和膜尺寸下,增加氮气流量允许更多的氧气保留在气流中,降低氮气纯度。相反,减少氮气流增加纯度。对于特定的纯度,膜的较高空气压力产生较高的氮气流速。纯度从90%至99.9%的纯度范围是可能的。通过组合多个膜束,无限数量的氮气纯度范围可用于满足实际上任何需要氮气的应用。
深冷空分制氮
深冷空分制氮是一种传统的制氮方法,已有近几十年的历史。它是以空气为原料,经过压缩、净化,再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下,前者的沸点为-183℃,后者的为-196℃),通过液空的精馏,使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大,基建费用较高,设备一次性投资较多,运行成本较高,产气慢(12~24h),安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素,3500Nm³/h以下的设备,相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20%~50%。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮,而中、小规模制氮就显得不经济。
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