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深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝性能比較
| 序號 | 項 目 | 深冷分離制氮 | PSA 變壓吸附制氮 | 膜分離制氮 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 空氣分離原理 | 相同壓力下，液氧沸點大于液氮沸點。 | 相同壓力下，氧氣比氮氣更易被 吸附。 | 相同壓力下，氧氣滲透率高于氮氣。 |
| 2 | 制氮特點 | 低溫、連續(xù)、氮氣壓力穩(wěn)定。 | 常溫、制氮過程的吸附-均壓-解吸- 吸附過程壓力波動。 | 常溫、壓縮空氣在膜組件中連續(xù) 通過，無需循環(huán)切換。氮氣壓力穩(wěn)定。 |
| 3 | 操作壓力/MPa | 1.8 ~0.9 | 0.85 | 1.3 |
| 4 | 操作溫度/℃ | 160~ － 190 | ≤45 | 40~50 |
| 5 | 產品種類 | 氣氮、液氮 | 氣氮 | 氣氮 |
| 6 | 啟動時間 | >12 h | ~40 min | ~5 min |
| 7 | 氮氣純度，φ/% | 99~99.99% | 95%~99.9995% | <99.9% |
| 8 | 氮提取率，φ/% | 純度 99． 99% 氮氣 40% ，純度 99. 9% 氮氣 45% ，純度 99% 氮氣 50% 。 | 純度99.99%氮氣17% ，純度99.9%氮氣32%，純度99% 氮氣42.1% ，純度97% 氮氣50% 。 | 純度99.9%氮氣15%，純度99%氮氣33%，純度97%氮氣48%。 |
| 9 | 制氮能力 /m3·h － 1 | >10000( 根據需要) | 純度99. 99% 氮氣 ~700，純度 99.9% 氮氣 ~1 500，純度99%氮氣 ~2500，純 度97%氮氣 ~2 500。 | 純度 99.9% 氮 氣~300，純 度99% 氮氣 ~ 600，純度97% 氮氣~800，純度95% 氮氣~1000。 |
| 10 | 主要設備 | 空氣壓縮機、預冷機組、分子篩吸附 器、電加熱器、透平膨脹機、主換熱 器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器。 | 空氣壓縮機、過濾器、干燥機、吸附 塔、氮氣緩沖罐。 | 空氣壓縮機、過濾器、干燥機、電 加熱器、膜組件。 |
| 11 | 占地面積 | 大 | 小 | 小 |
| 12 | 相對投資 | 1.2~1.5 | 1 | >1.5 |
結合上表，對3種制氮工藝技術比較分析如下。
(1)PSA變壓吸附和膜分離制氮的工藝流程簡單，設備數量少，操作簡單，可隨時停機，并可長時間停機。深冷制氮不僅工藝流程復雜，設備數量多，且需在深冷低溫狀態(tài)下運行。在設備投入正常運行之前，有一個預冷啟動過程，啟動時間從膨脹機啟動至氮氣純度達到要求的時間一般不小于12h。在設備進入大修之前，必須有一段加溫解凍的時間，一般為24h。因此，深冷分離制氮不適宜啟、停頻繁的場合。膜分離制氮與PSA變壓吸附相比，不僅設備結構更簡單，而且無切換閥門，操作維護更為簡便，產氣所需時間也更短。
(2)深冷分離制氮可同時獲得氣氮和液氮，適宜需要液氮的工藝流程。液氮也可貯存于液氮儲槽作為備用，當出現氮氣需求短時驟增或制氮設備小修時，可將貯槽內的液氮汽化后送入氮氣管網以滿足工藝裝置對氮氣的連續(xù)性需求。PSA變壓吸附和膜分離制氮變壓吸附制氮只能生產氮氣，無備用手段，單套設備難以確保工藝裝置連續(xù)長周期運行。
(3)當氮氣純度體積分數≤97%時，PSA變壓吸附和膜分離制氮工藝的氮氣提取率基本相當;當氮氣純度體積分數>99%時，采用深冷分離制氮工藝氮提取較好，PSA變壓吸附次之，膜分離制氮工藝氮提取率急劇降低。同時，制取相同壓力的氮氣，深冷分離制氮空氣壓縮機出口空氣壓力與PSA變壓吸附制氮相當，而膜分離制氮壓力要求空氣壓力較高。3種制氮工藝主要能耗在空氣壓縮機，故當制取氮氣純度較高時，膜分離制氮所需空氣壓縮機規(guī)模大，功率高，總能耗較好，PSA變壓吸附制氮次之，深冷分離制氮能耗相對較低。
(4)PSA變壓吸附制氮的氮氣分離吸附-解吸-吸附過程存在壓力波動，氮氣壓力不穩(wěn);而深冷分離和膜分離制氮的氮氣分離過程為連續(xù)進行，產品氮氣壓力較為穩(wěn)定。因此PSA制氮必需在PSA吸附塔氮氣出口增加氮氣緩沖罐，以緩沖氮氣，調蓄氣體壓力，從而確保氮氣產品壓力的穩(wěn)定性。
(5)深冷分離制氮設備多，流程長，占地大，投資較高。膜分離制氮與PSA變壓吸附制氮相比，所需空氣量大，壓比高，壓縮機規(guī)模大，對應的空氣凈化組件(過濾器、干燥機、除油器等)比PSA變壓吸附大，投資高，且制氮核心部件的膜組件的成本也高于PSA吸附塔。因此，PSA變壓吸附制氮投資小。
深冷分離制氮、PSA 變壓吸附制氮及膜分離制氮工藝流程圖
