变压吸附制氮机均压方式的研究.pdf

第41卷第10期
化工技术与开发
Vol 41 No10
2012年10月
Technology Development of Chemical Industry
Oct.2012
变压吸附制氮机均压方式的研究
周依风,张京晶
(苏州市宏运净化设备有限公司,江苏苏州215004)
摘要:简述了变压吸附制氮装置工艺流程、工作过程和均压方式。介绍了对变压吸附制氮装置等势平衡均压
不等势平衡均压、等势不平衡均压、不等势不平衡均压方式的实验结果,着重介绍了等势不平衡均压方式的特点。
关键词:变压吸附;制氮装置;均压方式
中图分类号:TQ116.15
文献标识码
文章编号:1671-99052012)10-005504
变压吸附制氮装置是一种利用新型氮气分离1变压吸附制氨机工艺流程简介
技术的制氮设备。它以压缩空气为原料,利用
种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧选择性
目前国内绝大多数变压吸附制氮机均采用碳分
吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。自20
子筛作为吸附剂,两塔并联,交替进行加压吸附和解
世纪60年代末70年代初发明以来,因其工艺简
压再生的制氮方式。其工艺流程分为采用8只阀的
单、自动化程度高、操作维护简便而在国内外得到控制方式和采用10只阅的控制方式。两塔工作顺
了迅速发展和广泛应用,其应用已遍及化工、新材
序分为4个过程:(1)A塔吸附B塔再生;(2)A塔
料、电力、电子元器件、粉末冶金、金属加工、热处
→B塔均压;(3)B塔吸附A塔再生;(4)B塔→A
理、食品、医药等各个领域。
塔均压,以此顺序循环工作。
变压吸附制氮装置虽然具有许多优点,由于需
图1为采用8只阀控制方式的常规等势均压方式
要压缩空气为原料,就能耗而言,它仍是一种高能耗制氮工艺流程图。工作时各阀门的开启顺序如表1所示。
设备。因此,多年来变压吸附制氮装置制造企业
PLC
控制器厂“
直在寻求提高变压吸附制氮机效能的途径。除研制
高性能的吸附剂外,在工艺流程的改进和工艺参数
优化方面做了大量的研究工作,以提高变压吸附制
氮机产氮能力,降低能源消耗,提高产品的竞争力,m
氮气
并且在变压吸附不等势均压方式的研究上取得了一
定的成效。
笔者在多年的变压吸附制氮装置设计过程中,
04しV0S废气放空
在不同产氮能力的变压吸附制氮机上对不同的均压
图1等势均压工艺流程图
方式进行了大量的试验。对上均压、下均压、中均压、
Fig 1 Equipotential Pressure Balance Process Diagram
等势平衡均压、不等势平衡均压、等势不平衡均压、
表1等势均压方式控制动作表
不等势不平衡均压等各种均压方式进行了实验比 abel Valye On- Off Table of the Equipotential ressure Balanc
Process
较。结果表明,在常规工艺流程上采用等势不平衡一
程序
阀门
均压方式,可大幅度提高变压吸附制氮机氮气产量,
V01 V02 03 V04 VO5 V06 V07 V08
降低能源消耗,同时不需增加工艺阀门的数量以及
A塔吸附++
AB均压
吸附塔的结构复杂程度,达到最佳的制氮效果。
B塔吸附+
均压
十
注:+表示阀开,-表示阀闭
作者简介:周依风(1962),男,苏州市宏运净化设备有限公司高级工程师,主要研究方向:变压吸附制氮机、膜分离制氮机、氮
气纯化装置,电话:13913166962
收稿日期;2012-07-2
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化工技术与开发
第41卷
图2为10只阀的控制新型不等势均压方式制势平衡均压、不等势平衡均压、等势不平衡均压、不
氮工艺流程图。其各阀门开启顺序如表2所示。
等势不平衡均压的实验结果,供业内人士参考。
PLC
控制器
2.1平衡均压方式
2.1.1等势平衡均压方式
等势平衡均压方式是指在变压吸附制氮装置运
行的均压过程中,通过吸附塔上部出气口与下部进
压缩
vo9 v10
气口分别同时均压。在A塔完成加压吸附过程转
氮气
换到B塔加压吸附时,将A塔内的加压气体通过上、
下进出气口同时排放至B塔内,待A、B两塔压力平
衡后,B塔转人加压吸附、A塔转人解压再生。本文
废气放空
称之为等势平衡均压。
图2不等势均压工艺流程图
2.12不等势平衡均压方式
Fig, 2 Non-equipotential Pressure Balance Process Diagram
不等势平衡均压方式是前几年我国某著名变压
表2不等势均压方式控制动作表
吸附制氮机生产厂商开发的最新工艺流程。其吸附
Table2 Valve On-off Table of the Non-equipotential
Pressure Balance Process
塔的结构与等势均压方式的吸附塔不同,吸附塔中
阀门
部多了一个不等势均压用的出口。工艺流程如图2
程序
olVo2vo3vo4 V05 VO6v07vo8vogv10所示。变压吸附制氮装置均压过程中,当A塔完成
A塔吸附++
加压吸附过程转换成B塔加压吸附时,将A塔内的
A→B均压
加压气体通过中部出气口经B塔的底部进气口排
B塔吸附
放至B塔进行下均压,同时通过A塔顶部的出气I
B→A均压-+
二经B塔顶部出气口排放至B塔进行上均压。当A、
+表示阀开ー表示阀闭
B两塔压力平衡后,B塔转入加压吸附,A塔转人解
2变压吸附均压方式实验
压再生。这种不对称的均压方式业内专家称之为不
等势均压。本文称为不等势平衡均压。
本文所述的实验均是在苏州市宏运净化设备
2.2不平衡均压方式
有限公司的碳分子筛测试装置上进行的。其测试
装置由2只吸附器(300x600)1只空气缓神燃2.2.1等势不平衡均压方式
(重500x500)、1只氮气缓冲罐(中500×500)10
等势不平衡均压方式是指在变压吸附制氮装置
气动阀组成的如图2所示的工艺流程。采用可编程的均压过程中,通过吸附塔上部出气ロ与下部进气
序控制器(PLC)对10只阀单独控制,同时编制了多
口分别同时均压。当A塔完成加压吸附过程转换
套PIC程序控制方案,通过操作界面即时改变均压成B塔加压吸附时,将A塔内的小部分加压气体排
方式、均压时间,实现各种均压方式的比较。实验结放至B塔内,当A塔压力下降而B塔压力上升,且
A塔压力与B塔压力之比为某一比值(大于1)时
果表明,采用上均压方式(均压时只通过吸附塔上部
出气口均压),或是下均压方式(均压时只通过吸附立即将B塔转入加压吸附,A塔转人解压再生。因
塔下部进气口均压),或是同时采用上、中、下的均压
A、B两塔均压时没有达到压力平衡就切换,因此为
方式(均压时吸附塔上部出气ロ、下部进气口、中部
与上述在两塔平衡均压时达到压力相等时再切换区
出气口分别同时均压,在相同工作条件