深冷制氮与变压吸附制氮的技术分析
深冷制氮已有近百年的历史，工艺流程不断改进。变压吸附制氮是近二十年发展起来并被市场广泛接受的技术。本篇试从流程、费用、运行和产品种类等方面比较二者的差别，并得出相关结论。
一、深冷制氮的工艺流程和设备简介
1、深冷制氮的典型工艺流程：整个流程由空气压缩及净化、空气分离、液氮汽化组成。
2、主要设备简介：空气过滤器：为减少空气压缩机内部机械运动表面的磨损，保证空气质量，空气在进入空气压缩机之前，必须先经过空气过滤器以清除其中所含的灰尘和其他杂质。目前空气压缩机进气多采用粗效过滤器或中效过滤器。空气压缩机：按工作原理，空气压缩机可分为容积式和速度式两大类。目前空气压缩机多采用往复活塞式空气压缩机、离心式空气压缩机和螺杆式空气压缩机。空气冷却器：是用来降低进入空气干燥净化器和空分塔前压缩空气的温度，避免进塔温度大幅度波动,并可析出压缩空气中的大部分水分。通常采用氮水冷却器（由水冷却塔和空气冷却塔组成：水冷塔是用空分塔内出来的废气冷却循环水，空冷塔是用水冷塔出来的循环水冷却空气）、氟里昂空冷器。空气干燥净化器：压缩空气经空气冷却器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氢化合物。被冷冻的水分和二氧化碳沉积在空分塔内会堵塞通道、管道和阀门，乙炔积聚在液氧内有爆炸的危险，灰尘会磨损运转机械。为了保证空分装置的长期安全运行，必须设置专门的净化设备，清除这些杂质。空气净化的最常用方法是吸附法和冻结法。目前国内在中小型制氮装置中广泛采用分子筛吸附法。空分塔：空分塔内主要包括有主换热器、液化器、精馏塔、冷凝蒸发器等。透平膨胀机：是制氮装置用来产生冷量的旋转式叶片机械，是一种用于低温条件下的气体透平。透平膨胀机按气体在叶轮中的流向分为轴流式、向心径流式和向心径轴流式；按气体在叶轮中是否继续膨胀又分为反击式和冲击式，继续膨胀为反击式，不继续膨胀为冲击式。空分设备中广泛采用单级向心径轴流反击式透平膨胀机。
二、变压吸附制氮的工艺流程和设备简介1、工艺流程简介空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，经严格的除油、除水、除尘净化处理，输出洁净的压缩空气，目的是确保吸附塔内分子筛的使用寿命。装有碳分子筛的吸附塔共有二个，一个塔工作时，另一个塔则减压脱附。洁净空气进入工作吸附塔，经过分子筛时氧、二氧化碳和水被其吸附，流至出口端的气体便是氮气及微量的氩和氧。另一塔（脱附塔）使已吸附的氧气、二氧化碳和水从分子筛微孔中脱离排至大气中。这样两塔轮流进行，完成氮氧分离，连续输出氮气。变压吸附制取的氮气纯度为95%-99.9%，如果需要更高纯度的氮气需增加氮气净化设备。变压吸附制氮机输出的95%-99.9%氮气进入氮气净化设备，同时通过一流量计添加适量的氢气，在净化设备的除氧塔中氢和氮气中的微量氧进行催化反应，以除去氧然后经水冷凝器冷却，汽水分离器除水，再通过干燥器深度干燥（两个吸附干燥塔交替使用：一个吸附干燥除水，另一个加热脱附排水），得到高纯氮气，此时的氮气纯度可达99.9995%。目前国内变压吸附制氮最大的生产能力为3000mn/h。2、主要设备简介：该工艺中的空气过滤器和空气压缩机的简介同深冷制氮工艺。后冷却器：是用来降低进入空气干燥净化器前压缩空气的温度，使之析出油和水的设备。通常采用列管式、套管式、散热片式等结构的后冷却器。油水分离器：它的作用是分离压缩空气中所含的油分和水分，使压缩空气得到初步的净化。空气干燥净化器：压缩空气经后冷却器后仍含有一定的水分，其含量取决于空气的温度。压缩空气的干燥处理一般采用分子筛吸附法和冷冻干燥法。变压吸附制氮装置：采用的吸附剂通常为5A分子筛或碳分子筛，再生方式为无热再生，高压吸附、低压或常压解析。此为分离氮气的核心设备。氮气净化设备：包括除氧塔、吸附干燥器和水冷凝器。除氧塔是一个用钯作催化剂的催化反应器。吸附干燥器的吸附剂为分子筛，再生方式为有热再生（电加热）。
三、深冷制氮与变压吸附制氮的技术经济比较
1、流程比较从以上的论述中我们可以发现：变压吸附制氮流程简单，设备数量少，主要设备仅有空压机、空气干燥器、吸附制氮机和储气罐等。而深冷制氮流程复杂，设备数量多，主要设备有空压机、空冷器、空气净化干燥器、换热器、膨胀机和精流塔等。
2、产品种类和纯度比较深冷制氮不仅可以生产氮气而且可以生产液氮，满足需要液氮的工艺要求，并且可在液氮贮槽内贮存，当出现氮气间断负荷或空分设备小修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道满足工艺装置对氮气的需求。深冷制氮的运转周期（指两次大加温之间的间隔期）一般为1年以上，因此，深冷制氮一般不考虑备用。而变压吸附制氮只能生产氮气，无备用手段，单套设备不能保证连续长周期运行。深冷制氮可制取纯度?99.999%的氮气。氮气纯度受到氮气负荷、塔板数量、塔板效率和液空中氧纯度等的限制，调节范围很小。因此，对于一套深冷制氮设备其产品纯度基本是一定的，不便调节。变压吸附制氮制取的氮气纯度一般在95%-99.9%范围内，如果需要更高纯度的氮气需增加氮气净化设备。氮气纯度只受产品氮气负荷的影响，在其他条件不变情况下，氮气排出量越大，氮气的纯度就越低；反之则越高。因此，对于一套变压吸附制氮设备只要负荷允许其产品纯度可以在90-99.9%之间任意调节。3、运行控制比较深冷法由于是在极低温度下进行的，设备在投入正常运行之前，必须有一个预冷启动过程，启动时间即从膨胀机启动至氮气纯度达到要求的时间一般不小于12h；设备在进入大修之前，必须有一段加温解冻的时间，一般为24h。因此，深冷法制氮设备不宜经常起、停，宜长时间连续运行。变压吸附法启动时，只要按一下按钮，启动30分钟内便可以获得合格的氮气产品，如果需要高纯的氮气，那么经过氮气净化装置，大约再用30分钟便可获得99.99%-99.9999%的高纯氮气。停机时也只需按一下按钮便可。因此，变压吸附制氮特别适用于间断运行的情况。