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氮?dú)鈨艋桨笌追N工業(yè)制氮方法比較空氣中氮?dú)庹?8.09%,氧氣占20。94％，氦氣占0.93％.為了得到濃度較高的氮?dú)?必須分離去除空氣中的氧氣。法和膜空分法.

1.深冷空分制氮深冷空分制氮是一種傳統(tǒng)的制氮方法，已有近九十年的歷史。它是以空氣為原料，經(jīng)過(guò)壓縮、凈化,再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點(diǎn)不同(在1大氣壓下,前者的沸點(diǎn)為-183℃,后者的為—196℃)，通過(guò)液空的精餾,使它們分離來(lái)獲得氮?dú)?。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)用較高，設(shè)備一次性投資較多,運(yùn)行成本較高，產(chǎn)氣慢（12~24h），安裝要求高、周期較長(zhǎng).綜合設(shè)備、安裝及基建諸因素,3500Nm3/h以下的設(shè)備,相同規(guī)格的PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置小20％～50％。深冷空分制氮裝置宜于大模工業(yè)制氮，而中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì).2。分子篩空分制氮

分子篩空分制氮是以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，運(yùn)用變壓吸附原理，利用碳分子篩對(duì)氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA(Pressure

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Adsorption)制氮。此法是七十年代迅速發(fā)展起來(lái)的一種新的制氮技術(shù)。與傳統(tǒng)制氮法相比，它具有工藝流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)氣快（15～30分鐘）、能耗低，產(chǎn)品純度可在較大范圍內(nèi)根據(jù)用戶需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，操作維護(hù)方便、運(yùn)行成本較低、裝置適應(yīng)性較強(qiáng)等特點(diǎn)，故在1000Nm3/h以下制氮設(shè)備中頗具競(jìng)爭(zhēng)力,越來(lái)越得到中、小型氮?dú)庥脩舻臍g迎，PSA制氮已成為中、小型氮?dú)庥脩舻氖走x方法。

3。膜空分制氮

膜空分制氮是八十年代國(guó)外迅速發(fā)展的又一種新型制氮技術(shù),在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用時(shí)間較短。膜空分制氮的基本原理是以空氣為原料，在一定壓力條件下,利用氧和氮等不同性質(zhì)的氣體在膜中具有不同的滲透速率來(lái)使氧和氮分離.和其它制氮設(shè)備相比它具有結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、體積更小、無(wú)切換閥門(mén)、維護(hù)量更少、產(chǎn)氣更快（≤3分鐘）、增容方便等優(yōu)點(diǎn),它特別適宜于氮?dú)饧兌取?8％的中、小型氮?dú)庥脩簦凶罴压δ軆r(jià)格比.而氮?dú)饧兌仍?8%以上時(shí)，它與相同規(guī)格的PSA制氮機(jī)相比價(jià)格要高出15%以上.故從成本和投資規(guī)?？紤]，宜采用PSA制氮法。變壓吸附(PSA）分離工藝流程2。1變壓吸附分離空氣制氮基本原理利用吸附劑對(duì)空氣中各組分吸附能力的差異，以及吸附劑的吸附容量隨壓力變化的特性，可通過(guò)加壓吸附，減壓再生的方式完成空氣分離和吸附劑的循環(huán)使用的過(guò)程。變壓吸附制氮，采用碳分子篩為吸附劑.由于碳分子篩對(duì)氧和氮的吸附速度相差很大，（見(jiàn)圖2。1）,氧的吸附速度明顯大于氮的吸附速度,使氧優(yōu)先吸附于碳分子篩而與氮?dú)夥蛛x，因此，碳分子篩制氮工藝，吸附切換時(shí)間較短，一般在60秒左右，設(shè)置兩個(gè)塔，交替吸附、再生,就能完成氧氮分離，在流出相得到產(chǎn)品氮?dú)?碳分子篩對(duì)氧的吸附量隨吸附壓力的降低而減少，通過(guò)減壓即可解吸，完成碳分子篩的再生。圖2.1碳分子篩對(duì)氧氮的吸附動(dòng)力學(xué)曲線2.2。工藝流程其工藝流程如圖2。2：圖2。2PSA工藝流程圖原料空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0。8MPa（或以上),經(jīng)冷卻器冷卻至常溫,再經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾油、水后，進(jìn)入空氣緩沖罐,穩(wěn)壓后進(jìn)入吸附塔（填充碳分子篩）,空氣中氧、二氧化碳和和雜質(zhì)氣體被吸附，其余組分（主要為氮?dú)?則從出口端流出進(jìn)入緩沖罐。吸附塔經(jīng)過(guò)均壓(吸附階段完畢處于高壓狀態(tài)的左塔與處于低壓狀態(tài)的右塔相連,作一段降壓，則左塔則為均壓，均壓后床層內(nèi)的壓力約為原有壓力的一半）、減壓至常壓，脫除所吸附的雜質(zhì)組分，完成碳分子篩的再生.兩吸附塔循環(huán)交替操作，一塔吸附產(chǎn)氮，另一塔解吸再生，可以不間斷連續(xù)產(chǎn)出產(chǎn)品氮?dú)?變壓吸附法主要影響因素氣源壓力穩(wěn)定性；碳分子篩性能;碳分子篩是變壓吸附制氮的核心，因此應(yīng)盡量選取性能優(yōu)良的碳分子篩。管路閥門(mén)的運(yùn)行穩(wěn)定性和精確性。變壓吸附法的一些改進(jìn)措施近幾年來(lái)PSA制氮技術(shù)不斷發(fā)展,裝置和流程改進(jìn)很快，提出了以下一些改進(jìn)措施。1。在產(chǎn)品儲(chǔ)罐之前增設(shè)一個(gè)循環(huán)氣罐及一條旁通管路。在啟動(dòng)的初期，不合格產(chǎn)品氮不導(dǎo)入氮儲(chǔ)罐，而經(jīng)旁通管路返回吸附塔作吹洗氣.在暫時(shí)停車時(shí),可儲(chǔ)入循環(huán)氣罐,保證產(chǎn)品儲(chǔ)罐不受污染，縮短了再啟動(dòng)時(shí)的供氣時(shí)間。2.選用優(yōu)質(zhì)碳分子篩或用多種吸附劑分層填裝制備高純氮.2005年以來(lái),日本的可樂(lè)麗碳分子篩進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),該碳分子篩較適合于生產(chǎn)99。99％以上的氮?dú)狻?。氮-—氧聯(lián)產(chǎn)提高收率,在建立制氮裝置或制氧裝置的同時(shí),利用排出的富氧尾氣或富氮尾氣作原料氣，再建一套規(guī)模相適應(yīng)的制氧裝置或制氮裝置。由于尾氣中的富氧或富氮組成高于空氣中的組成,這樣,聯(lián)產(chǎn)裝置比單獨(dú)的氧/氮裝置的收率可增加10—15％.若通過(guò)改進(jìn)后的分子篩技術(shù)制取氮?dú)膺€不能滿足啤酒生產(chǎn)所需要的99。99％的純度，則還需要一個(gè)高度提純氮?dú)獾倪^(guò)程。從空氣中分離出來(lái)的氮?dú)庵兄饕碾s質(zhì)為氧氣，目前采用的除去氧氣的措施多是以氫氣在一定條件下與氧氣反應(yīng)生成水，達(dá)到除去氧氣的目的.氮?dú)鈨艋^(guò)程主要由除氧、除水兩部分組成。經(jīng)搜索閱讀相關(guān)資料，比較目前已使用的提純氮?dú)獾拇胧F(xiàn)初步擬定兩種方案。方案一、催化反應(yīng)除氧一、基本原理將未經(jīng)凈化的氮?dú)夥Q為粗氮,經(jīng)凈化的氮?dú)夥Q為純氮.如果在粗氨中加入一定量的H2，在催化劑的作用下,可使雜質(zhì)氧和氫化合生成水。通常,為了使除氧反應(yīng)進(jìn)行得完全,除氧徹底，H2的加入量必須大于與O2完全化合的量，這部分氫叫做過(guò)剩氫。除氧催化劑必須具備活性高（反應(yīng)速度快）、比表面積大、選擇性好、壽命長(zhǎng)及價(jià)格低等特點(diǎn)。工業(yè)上常用的除氧催化劑有活性銅催化劑、鎳鉻催化劑、鈀A分子篩、活性氧化鋁鍍鈀以及鈀碳纖維等.1.除氧過(guò)程為了除去普氮中殘余的氧氣，可以把普氮和氫氣混合后通入反應(yīng)器(氫氣從氨分解發(fā)生裝置或氫氣鋼瓶獲得）,反應(yīng)器中放置的是鈀催化劑，在反應(yīng)器里恒溫80～100℃，由于鈀催化劑的作用，氫氣與普氮中殘余的氧氣發(fā)生反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)式如下：80~100℃2H2+O22H2O鈀催化劑反應(yīng)生成的水氣容易被氮?dú)鈳ё?，催化劑不致受水氣影響而失?無(wú)須再生處理,可長(zhǎng)期使用。普氮除氧后,氮?dú)庵泻趿靠山档偷健?ppm。2。除水過(guò)程除水過(guò)程主要由氣水分離器和兩只13×吸附干燥器完成.除氧后的氮?dú)饨?jīng)過(guò)冷卻器降至室溫,由氣水分離器除去凝結(jié)水，氣水分離器利用其斷面擴(kuò)大，流速減慢,流向改變,把凝結(jié)水除去.兩只吸附干燥器并聯(lián)使用以進(jìn)一步深度干燥,一只工作，另一只再生，通過(guò)8只閥門(mén)啟閉切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。吸附干燥器里充填13×干燥劑，在常溫下工作可以連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，再生時(shí)將其升溫加熱至350℃，恒溫4~5小時(shí),并不斷通入經(jīng)計(jì)量的極少量?jī)艋獨(dú)鉀_洗,停止加熱后，讓吸附干燥器冷卻備用.工藝流程氮?dú)鈨艋b置的工藝流程如下圖所示：圖1.氮?dú)鈨艋b置流程圖氮?dú)馀c氫氣分別由各自的匯流裝置,經(jīng)減壓后進(jìn)入到氮?dú)鈨艋錃溲b置。氮?dú)庵鳉饬髦信淙脒m量的氫氣,混合后,進(jìn)入到高效氮?dú)鈨艋鞯念A(yù)脫罐內(nèi)，脫除氣體中的油污?；旌虾筮M(jìn)入反應(yīng)器。配氫過(guò)程如圖2：圖2.配氫氣流程圖反應(yīng)器工作溫度控制在80～100℃，普氮中雜質(zhì)氧與氫氣在鈀催化劑的作用下生成的水氣全部被氮?dú)鈳ё?，先?jīng)過(guò)水冷卻器,把氮?dú)饨抵潦覝?氮?dú)馔ㄟ^(guò)氣水分離器時(shí)，可以從分離器底部放水閥及時(shí)排除氮?dú)庵欣淠聛?lái)的游離水。氮?dú)饫淠凉窈?，進(jìn)入兩只并聯(lián)吸附干燥器中，進(jìn)行深度干燥，然后經(jīng)過(guò)濾器除塵埃顆粒，最后從凈化氮出口閥口送往使用點(diǎn).吸附干燥系統(tǒng)有左、右2個(gè)干燥罐，罐內(nèi)裝有5A分子篩，2罐可互換使用。當(dāng)左罐中的干燥劑吸水飽和后,可切換到右干燥罐繼續(xù)使用,同時(shí)分出一部分干純氣體，作為“左干燥”再生載氣.如此左右2個(gè)干燥罐切換,設(shè)備可連續(xù)使用。吸附干燥系統(tǒng)如圖3:圖3.吸附干燥系統(tǒng)示意圖裝置中配備微量氧分析儀和微量水份測(cè)量?jī)x、連續(xù)監(jiān)測(cè)或記錄氮?dú)饧兌?進(jìn)行自動(dòng)控制。圖4.氮?dú)鈨艋髁鞒虉D裝置的特點(diǎn)本凈化氮?dú)獾闹迫∈且云盏b置為基礎(chǔ)，另加除氧和干燥組件，組件都安裝于金屬支架上.氮?dú)鈨艋b置中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作、維修方便。只要普氮濃度在99%以上，含氧量≤1％時(shí),通過(guò)凈化裝置處理，就能得到99。99％以上濃度的氮?dú)狻Ｍ顿Y小，能耗低，凈化效率高。它不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量,而且降低了生產(chǎn)成本。方案二、直接反應(yīng)除氧通常，當(dāng)?shù)獨(dú)庵泻趿俊?.5％時(shí)，可以采用直接化學(xué)法除氧.1?；驹碇卑捶磻?yīng)法除氧是采用脫氧劑（如活性金屬或金屬氧化物)直接與粗氮中的雜質(zhì)氧發(fā)生反應(yīng)，化合生成金屬氧化物,從而除去粗氮中的02.常用脫氧劑有活性氧化錳(410脫氧劑).銀x分子篩(201催化劑）,活性銅脫氧劑（0603催化劑)以及3093脫氧劑等。直接化學(xué)法除氧的典型流程如圖5所示。在該流程中兩個(gè)除氧器并聯(lián),其中一個(gè)進(jìn)行除氧，另一個(gè)進(jìn)行再生，交替輪換使用。圖5。直接反應(yīng)法除氧流程2.脫氧劑選擇通過(guò)對(duì)北京化工研究院、蘭化公司研究院和大連化學(xué)物理研究所等幾家脫氧催化劑研制單位的調(diào)查,我認(rèn)為大連化學(xué)物理研究所研制的SO6HN型脫氧劑用在氮?dú)饷摮⒘垦跎媳容^合適.該脫氧劑在小規(guī)模工業(yè)裝置上已廣泛應(yīng)用,有成熟可靠的使用經(jīng)驗(yàn)，且凈化深度深，脫氧容盤(pán)大。在充分論證基礎(chǔ)上，最終決定采用506HN型脫氧劑。506HN（貴金屬/錳基變價(jià)氧化物)脫氧劑是由貴金屬作為活性組分，氧化錳作為氧吸收體的脫氧劑。錳和銅一樣都是變價(jià)元素,具有高價(jià)和低價(jià),在這個(gè)基體上用一些貴金屬使得它的脫氧溫度和再生溫度都比較低，低價(jià)金屬氧化物吸氧后變成