空分高纯氮装置流程及特点

空分高纯氮装置流程及特点

目前国内外的空分设计者都在致力于研发并提供一种新型高纯氮设备，包括预处理系统，纯化系统和分馏塔，其中的分馏塔包括透平膨胀机，用于热交换的主换热器和过冷器，以及精馏塔和冷凝蒸发器；精馏塔包括上塔和下塔。所研发的新型制氮装置使得富氧和氮气的冷量得到充分利用，节能环保；同时将富氧送入膨胀机进行制冷，结构合理、节约物料，流程配置简单。以下就高纯氮设备的流程设计作一综述：

高纯氮9种比较方案

方案一	单塔反流	从冷箱出来直接得到0.6MPa的压力氮气送往用户。 整套空分设备包括：空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、液体贮存系统、仪控系统、电控系统等。
方案二	单塔反流+膨胀机增压	从冷箱得到～0.56MPa的压力氮气，再经过膨胀机增压端增压后送往用户。 方案2与方案1的流程组织形式相同。
方案三	单塔双冷凝+氮气压缩机	从冷箱得到0.4MPa的压力氮气进入活塞氮气压缩机压缩至0.6MPa，送给用户。 方案3与方案1、方案2的流程组织形式相同。
方案四	双塔+氮气压缩机（氧气放空）	从冷箱得到0.005MPa的压力氮气进入离心氮气压缩机压缩至0.6MPa，送给用户。 整套空分设备包括：空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、氮气压缩系统、液体贮存系统、仪控系统、电控系统等。
方案五	双塔双冷凝+氮气压缩机	从冷箱得到0.3MPa的压力氮气进入离心氮气压缩机压缩至0.6MPa，送给用户。 整套空分设备包括：空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、氮气压缩系统、液体贮存系统、仪控系统、电控系统等。
方案六	双塔双冷凝+液体泵（返流膨胀）	从冷箱直接得到0.6MPa的压力氮气，送给用户。 整套空分设备包括：空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、液体贮存系统、仪控系统、电控系统等。
方案七	双塔双冷凝+液体泵（正流膨胀）	从冷箱直接得到0.6MPa的压力氮气，送给用户。 整套空分设备包括：空气过滤系统、空气压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、分馏塔系统、液体贮存系统、仪控系统、电控系统等。
方案八	高纯氮挂氧塔	本流程适合于大量氮气产品及少量氧气产品。
方案九	单塔正流	本流程投资较低，适合于低压氮气产品。

方案五图

9种方案对比：

注：1）电费按0.59元/KWH，一年按8000小时；2）空气压缩机按国产考虑。

特点分析：

方案1操作简单方便，直接得到产品氮气，而且可以多提取一定比例的液氮，不需要增加额外的机器。适合后续需要稳定气源的化工型企业，但能耗较高。如果企业有自己的发电厂或电费便宜，此种方案为较好方案。

方案2比方案1操作较复杂，产品气从膨胀机的增压端抽出，充分利用了膨胀机的膨胀功来提高产品气的压力，降低了空气压缩机的能耗，比方案1有一定的优势。但产品气的压力需根据膨胀机的膨胀量来决定，在空分变负荷操作时或膨胀量变化时，其出气压力也要跟着变化，导致后续气源的不稳定性。此种方案适合用户对气源压力要求不是太苛刻的企业，如钢铁企业。能耗相对方案1较低。

方案3在方案1的基础上增加了一台氮气压缩机，从冷箱出来的产品气为0.4MPa，然后经过氮气压缩机压缩至0.6MPa，流程形式与方案1、2一样，主要增加了一台机器，操作上较复杂。此种方案适合用户对气源压力要求不是太苛刻的企业，如钢铁企业，另外可提高氮气压缩机的压力进入球罐来进行调压。其能耗最低。

方案4是常规的外压缩流程形式，利用双塔精馏，从冷箱出来的气体在经过氮气压缩机压缩至0.6MPa。此种流程形式为常规外压缩空分设备，流程形式比较成熟，可以产出一定比例的氧气，适合用户需要氧气或者周边有需要氧气或者液氧的企业。其投资最多，能耗一般。

方案5是在方案1与方案4组合出来的一种流程形式，其提取率高，能耗一般，操作较复杂。主要的优势是可以同时生产两种氮气产品。

方案6是在方案1的基础上，增加一个纯氮塔，利用废气作为其原料气进行二次提纯，然后经过一台液体泵，把低压塔的液氮打入高压塔，为高压塔提供一定的回流液，从而可以提高氮气提取率，降低能耗。膨胀机是利用废气膨胀。这种流程不能产生较多液体。

方案7是在方案1和方案4、5的基础上，增加一个纯氮塔，利用废气作为其原料气进行二次提纯，然后经过一台液体泵，把低压塔的液氮打入高压塔，为高压塔提供一定的回流液，从而可提高氮气提取率，降低能耗。膨胀机采用空气增压透平膨胀机为空分制取冷量。

从以上方案比较可以看出，方案6、7能耗最省，操作相对复杂。

氮气是一种应用领域广泛的工业气体，其主要应用在电子封装、化学加工、照明、热处理、食品封装、食品冷冻、金属制造、玻璃生产、石油精炼、橡胶粉碎、生物制药等场合。目前的高纯氮设备主要采用低温精馏的方法生产高纯氮，精馏作为一种传统的分离提纯手段已有上百年的历史，它被广泛应用于冶金、化工、玻璃、电子等各个行业领域。