制氮原理

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一.氮气的作用:

在国民经济和日常生活中，氮气有广泛的用途。首先，利用它“性格孤独”的特点，我们将它充灌在电灯泡里，可防止钨丝的氧化和减慢钨丝的挥发速度，延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。在博物馆里，常将一些贵重而稀有的画页、书卷保存在充满氮气的圆筒里，这样就能使蛀虫在氮气中被闷死。

氮气在各行各业中的应用：

·金属热处理：为各种工业炉提供氮气保护、渗氮、光亮退火、防氧化。

·电子工业：用于提供保护气、稀释气、携带氧和自动化系统半导体、电子元件加工等氮气保护。

·粉末冶金：粉末烧结氮气保护，磁性材料烧结。

·铝加工业：铝制品加工，铝薄轧制气体保护。

·石油化工：管道容器贮罐充氮、置换、检漏、可燃气体隔离保护，制造炸药等

·医药医疗：制药原料、药物充氮包装、运输及保护中草药品防蛀、防腐。

利用液氮给手术刀降温，就成为“冷刀”。医生用“冷刀”做手术，可以减少出血或不出血，手术后病人能更快康复。

·海运：各种化工产品、油品、液态天然气体充氮运输。

空分制氮原理第 2 页共 8 页·易燃易爆品保护：防止库房、贮井尘爆，煤矿灭火。

·合成纤维：充氮拉丝防止氧化。

·浮法玻璃：生产过程中气体保护、防锡槽氧化。

·粮食仓储：杀虫、保鲜、贮藏。

二.工业制氮

以空气为原料，l利用物理的方法,将其中的氧和氮分离而获得。

工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。

Ａ.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。目前,我公司就使用深冷空分制氮.

空分制氮原理第 3 页共 8 页Ｂ.分子筛空分制氮

以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。

Ｃ.膜空分制氮

以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上

三.基本原理:

1.蒸发吸收热量,能制冷.

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2.压力越低,蒸发越快.

3.加压和冷却可以使气体液化.温度越低,越易液化.压力越高,越易液化.

3. 对于同一种物质,在不同的压力下,其对应的饱和温度也不同,压力高,其

饱和温度也高,亦即压力越高,蒸汽越容易液化,反之亦然。

四.深冷空分制氮设备:

1.空气压缩机:

对空气做功,使其本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。而对空

气做功设备叫空气压缩机.压缩空气是一种重要的动力源。空气在空气压缩机中被压缩到工艺流程所需的压力。空气压缩机为加工空气提供空气分离所需的能量。

2.预冷机:

预冷机是将空气冷却的机器.温度较低的空气中水份含量较少，可减少分子筛的用量；温度较低的空气可以增强分子筛吸附水分和二氧化碳的能力，通过预冷机组可以达到上述目的。

3.分子筛:

分子筛（又称合成沸石）是具有均一结构，能将不同大小分子分离或选择性反应的固体吸附剂或催化剂。加工空气中的水份和二氧化碳由于凝固点较高。在进入空分设备低温设备后将会形成水和干冰, 堵塞低温设备的通道,从而影响

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空分设备的正常工作,为此需要利用纯化器预先把空气中的水份和二氧化碳清除掉。进入纯化器的空气温度为～10℃, 出纯化器的空气温度由于分子筛吸附而产生的吸附热的作用而上升到20℃左右。

4.主换热器:

顾名思义就是进行热量交换的设备.空气的冷却是在主换热器中进行的, 在主换热器中, 空气被来自精馏后的返流产品氮气及富氧气冷却至液化温度。产品氮气及富氧气则被复热到接近常温。

5.膨胀机:

制冷原理:利用有一定压力的气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外做功而消耗气体本身的内能，从而使气体自身强烈地冷却而达到制冷的目的。为了确保维护装置正常生产和运行所需的冷量平衡, 克服由于绝热跑冷, 换热器复热不足及从冷箱中向外排放低温液体等引起的冷量损失。需要不断地向装置补充冷量。装置所需的补充冷量是由等温节流效应和返流的富氧气在膨胀机中经绝热膨胀对外作功而制取的。空气在主换热器中被返流气冷却到接近液化温度,并在精馏塔中实现空气的部分液化。

6.精馏塔:

空气的精馏是在精馏塔中进行的,它利用组成空气的各种组份具有不同的沸点，即在同一温度下各组份的蒸气压不同，使精馏塔内上升的蒸气和下降