WBN200-39杭州分子筛制氮机厂家 武田制氮机优势

万博武田分子筛制氮机 进口分子筛制氮机厂家制氮机成套系统技术介绍

一、氮气的制取方法及供氮方式：

氮气在自然界中分布很广，它的分子式为N2，是空气的主要成分，氮气在干燥空气中的体积占空气的78.08%。因此，空气是制取氮气的大原料库，它取之不尽，用之不竭。

工业用氮的制取方法主要有：1.低温精馏法（深冷法）。低温精馏法已有一百多年的历史，工业上大规模生产氧、氮以此法为经济，但至今已难以在空气分离领域中一统天下；2.变压吸附法。20世纪70年代初，我国变压吸附法制取N2的就地装置开始在市场上出现，经过不断完善和改进，促使中小型空分设备在制氮领域内采用变压吸附法已远远超过低温精馏法制得的氮竞争；3.薄膜渗透法；4.化学吸收法。

目前国内外供氮的方式，一般有以下几种：(1)氮气就地装置供氮；（2）液氮贮槽汽化供氮；（3）管线供氮；（4）钢瓶供氮。

我国在八十年代前制氮装置大多采用深冷法，深冷空分作为一种传统的制氮方法，已为人类服务了几十年，至今在大规模供氮时还是离不开深冷法的。然而，深冷空分装置复杂，设备投资、占地面积及基建费用等都比较大，操作、管理和维修也比较麻烦，因而70年代以来，国内外积极运用变压吸附分离理论，研究开发分子筛空分的制氮技术,其设备简单，装置小巧，投资省，操作、维修方便，可实现自动化和远程控制，所以，它倍受青睐。

二、变压吸附分离原理及特点简介

（一）变压吸附原理

    变压吸附（Pressure Swing Adsorption 简称PSA）是指混合气体在分离过程中，压力发生周期性变化，混合气体中某些（或某个）组分在一定压力下被吸附剂吸附，在压力较低时又被解吸，吸附剂也同时得到再生的过程。

    变压吸附制氮装置采用碳分子筛，其原理是利用压力变化来进行吸附与解吸，即让空气在一定压力下通过装有碳分子筛的吸附器，利用碳分子筛对空气中氧、氮的选择吸附性，使碳分子筛吸附其中的氧气，从而获得氮气；待吸附器内的吸附剂吸附达到一定饱和度后，降低其内的压力，使吸附剂在常压或负压下解吸再生，这样利用多个吸附器的反复循环，连续获得产品氮。

   这种吸附过程是气体在特殊的微孔固体吸附剂上进行的，其吸附力大小主要决定于吸附剂的性能与所加气体的分压和温度。具体关系见图1。

  变压吸附制氮装置一般是在常温下工作的，其操作压力不高（0.5～1.0MPa），可以连续生产氮气，也可以间断生产，启动和调整很快，并且可以采用全自动控制，因此是一种理想的新型制氮设备。

（二）、变压吸附特点：

1、 吸附器底部倒伞状气体导流装置，使气流分布更均匀，减少了分子筛的吸附“死区”，不仅提高了分子筛的利用率、减少压缩空气的耗气量，还避免了气流直接撞击分子筛，使分子筛的粉化降低到低。这是我公司优势。

2、 气体导流装置上方铺设了四层不同目数的不锈钢丝网和两层固定孔板，使入口气体更匀。

3、 分子筛灌充的次序为：较大孔容的分子筛在底部，孔容中等的装在吸附器的中部，小孔容的分子筛装在上部。这样灌充的优点：在吸附器底部的压缩空气氧含量较高，孔容较大的分子筛吸氧量相对高一点，从中部开始到顶部氧含量逐渐减少，而孔容小的分子筛有利于氮气纯度的提高，也就是说分子筛各施其职，在相同的装填量的情况下氮气产量更大、氮气纯度更高，能耗要低3～5％。

4、 吸附器顶部也设置了倒伞状气体导流装置，使上部氮气气流分布均匀，可有效地弥补筒体四周所引起的边缘效应，使吸附器上部四周的分子筛能得到充分利用。

5、 椰垫（进口）的压紧装置的优点（德国原装的制氮机均采用这种压紧方式）：

1） 80mm厚的椰垫压至20mm后，气体透过性和阻力均很小，松开椰垫又能恢复到原样，60mm的压紧空间可使制氮机不用添加分子筛；

2） 椰垫也起到很好的气流分布作用，避免气体的柱塞流；

3） 椰垫又能起到粉尘的过滤作用，又不被堵塞。

6、 在分子筛量的计算上，确保一定量的保护层（俯冲层），也就是说在压缩空气进气量突然变大或压力突然变高时，能保证分子筛不被穿透而引起氮气纯度的变化，保证合格氮气供给用户满足生产。在设计上采用3倍左右的高径比(h/Di)，一方面这种状况下的气流速度使分子筛吸附达到佳；另一方面比高径比小的吸附器（直径大）在保护层上所用的分子筛用量小，不仅降低了分子筛的装填量，还可适当减少吸附器无效空间，也就是吸附器的体积大（在一个吸附过程中吸附器要充满一定压力的气体，体积越大耗气量越大，在再生时有一半的气被放空），更有利于节能。

7、 气缸压紧装置行程计算公式：设气缸直径为d，吸附器直径D，当吸附器分子筛下降高度H时，那气缸所要走的行程h=(D/d)²*H。

8、 合理的管道流速。国家规定空气流速≤18m/s，而我们厂标规定空气流速≤14m/s，厂标的标准要比国标高，这种流速对阀门的冲击、气蚀较小，使阀门的运行寿命更长、密封性更好。

9、 活性炭过滤器有效地保护了分子筛不被油雾的污染，使分子筛的使用寿命更长（10年以上）。

10、系统的关键控制部分采用日本三菱或德国西门子PLC产品，无人操作。

11、切换阀采用德国进口阀门，无故障寿命在二百万次以上；采用美国进口二位五通电磁阀，无故障寿命在二百万次以上。

12、采用的“反吹、二次均压”流程，其“反吹”过程使分子筛的再生更彻底，提高分子筛的吸附效率和使用率，而“二次均压”使吸附器切换后出氮时间大幅减小，很好地控制了压缩空气在吸附器内的流动速度和流动时间，有效地避免了柱塞流现象，这“反吹和二次均压”的两部分组合大幅降低了设备的压缩空气耗量；另一方面随着吸附器容积的减小，吸附器所放空和所充填的气量也都随着减少，也就是说相应地减少压缩空气的耗气量；这三个因素使设备总的耗气量下降约5％左右。

13、启动时间。采用“反吹、二次均压”流程后设备的启动时间由原来30～40分钟缩短到15～20分钟，使不合格氮气放空时间减少近一半，降低设备的运行成本，使变压吸附制氮设备真正做到“随开随停和随开随用”。

 14、流程采用常压解吸双塔流程，即环境空气经无油润滑空气压缩机压缩并吹除饱和水后，流经冷冻干燥机组冷却，自动排除冷凝水，再进入分子筛吸附器，以保障碳分子筛的吸附效率和寿命。

  15、ＰＳＡ制氮系统可根据用户需要配置后级纯化器，高纯氮贮罐等，使生产的氮气纯度达到99.995％～99.9995％的高纯氮。

（三）、制氮机控制特点：

 PLC

由PLC控制器和电磁阀组成来实现自动控制。吸附时间为58秒，均压三秒，排气30秒。有可编程控制器来实现我们所需要的阀的开启和关闭的时间。这是由于碳分子筛有其显著的特性：

1.、受水分影响时，对其它气体的吸附性减弱，表面硬度下降，表现在整机性能上就是纯度下降，产品气夹带粉末，导致动作阀故障。

2.、受油分影响后，由于对油分未能进行解析再生，分子筛 终失效。为了使分子筛发挥其正常性能、保证吸附器的正常工作，在各机组的常规控制保护基础上，装置视情况的不同布置有进吸附器空气温度设定连锁，冷干机的冷凝水排出故障报警，产品纯度超标报警等措施，以及动作阀的程序自动控制和中控室的信号显示控制。

目前国内PLC市场仍以国外产品为主，主要是采用德国Siemens，它在PLC市场领域中占有率相当高。

纯度报警系统

当产品气纯度达不到预先设定纯度值时，PLC控制系统会发出间断声光报警，并对不合格气体进行排空（有自动排空与手动排空，根据用户需求自选）。若不合格气体连续排空时间超过1小时，则说明设备存在故障，不能制得合格气体。控制系统会自动卸压后停机，并发出间断声光报警。

不合格氮空系统

变压吸附氮气设备的出气口有一取样管路，氮气分析仪从设备开机起就在线监测出口氮气的纯度指标。在氮气分析仪上可以设定好氮气纯度允许的下限值，当出口氮气纯度低于设定的下限值时，氮气分析仪就会送出控制信号分别到PLC和电磁阀，相应的电磁阀得到信号后开始动作，关闭用户管路出气阀并同时打开不合格氮空阀门，实现自动排空。

当纯度恢复到设定的下限值以上时，用户管路出气阀打开，并同时关闭不合格氮空阀，氮气送入用户点。在氮气不合格排空的同时，PLC也在计时，当不合格氮空的时间超过设定值时，PLC会自动关闭整机，等待故障处理。

参数智能修改、显示

通过工控机实现自动远程监测显示功能，在控制室内通过工控机人机界面数字化监测显示空压机、冷干机、变压吸附制氮装置的工作状态、程控阀们的工作状态、整个工艺流程示意图、气源压力、吸附压力、成品氮气出口压力、成品氮气纯度、流量，并对以上数据进行授权修改，通过程序设置对以上数据进行调阅、查看历史记录；同时，在用户DCS系统上，对成品氮气的流量、纯度、压力、等参数进行远程监测。

（四）、变压吸附制氮装置流程简述：

变压吸附制氮装置采用常压解吸双塔流程，即环境空气经空气压缩机并吹除饱和水后，流经冷冻干燥机组，除去大部分的冷凝水，除油后进入分子筛吸附器，以保障碳分子筛的吸附效率和寿命。

吸附器共有两个，净化后的压缩空气进入一个吸附器的底部向 动，在经过分子筛时，少量水份和氧被其吸附，流至吸附器顶部的气体，即为所获得的产品氮。空气中氧、氮的分离是在两吸附器之间轮流进行的，所设置的切换阀使一个吸附器处于加压吸附状态，另一个吸附器则处于减压解吸状态；如此交替，便可连续生产氮气。所供氮气的压力一般为0.5～0.8MPa,氮纯度可达99.5%～99.99%。99.99%以上的纯度一般配后级净化装置（小设备除外），使生产的氮气纯度达到99.995％～99.9995％的高纯氮。

变压吸附制氮装置后部加斯特林制冷机，可制得不同纯度的液氮，斯特林制冷机单台能力为8 L/h和20 L/h两种。

（五）、碳分子筛(CMS)的介绍和吸附机理：

1、原材料（煤、树脂、椰壳等）进行氧化、粉碎精选、碳化等一系列工序，加工成同时具有大孔（＞500×10^-10米）、过渡孔（20～500×10^-10米）、微孔（3～30×10^-10米）和超微孔（＜3×10^-10米＝的碳分子筛，其内部结构为海绵状互相连通的发达的多孔组织，微观结构如附图所示。

2、碳分子筛常被制成柱状或球状。一般柱状优于球状，但装有柱状分子筛吸附床流阻稍大于球状的，这对降低气体的窜透效应，提高产品氮气纯度有利。

3、碳分子筛对氧气与氮气有着共同吸附传质的过程，碳分子筛属于速度分离型吸附剂，当被吸附物质的性质相差不大时，直径较小的气体扩散速度较快，进入吸附相的也较多；相反直径较大的气体分子扩散速度慢，进入碳分子筛吸附剂的分子较少。

N₂的分子直径为 0.3nm (3×10^-10米)，扩散活化能力为28.5kJ/mol；

O₂的分子直径为0.28nm(2.8×10^-10米)，扩散活化能力为19.7kJ/mol；

O₂与N₂在碳分子筛微孔内的扩散参数（见下表）

* D：气相扩散系数（cm²/S）；d：吸附剂微孔直径（cm）。

表征吸附分离能力强弱的主要依据微孔孔容和比表面积，对氧、氮分离来说，碳分子筛的孔径能控制在0.3nm以下。

（六）、碳分子筛的典型种类：

    1、以树脂为原料---国产分子筛；

    2、以煤为原料---RC工程公司CMS-F(BF)型分子筛。

3、以椰壳为原料---武田分子筛。