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氮氣分離/提純
專注于以氣體分離膜為核心技術的工業氣體分離與純化的科技型企業
- 商品名稱： 氮氣分離/提純
產品詳情
氣體分離膜工作原理
膜分離系統的工作原理就是利用一種高分子聚合物（通常是聚酰亞胺）薄膜來選擇“過濾”進料氣而達到分離的目的。當兩種或兩種以上的氣體混合物通過聚合物薄膜時，各氣體組分在聚合物中的溶解擴散系數的差異，導致其滲透通過膜壁的速率不同。由此可將氣體分為“快氣”（如 H2O、H2、He 等）和“慢氣”（如 N2、CH4及其它烴類等）。當混合氣體在驅動力－膜兩側相應組分分壓差的作用下，滲透速率相對較的快氣體優先透過膜壁而在低壓滲透側被富集，而滲透速率相對較慢的氣體則在高壓滯留側被富集。
典型的膜分離器含有數萬根纖維，兩端用環氧樹脂澆鑄密封。 纖維束端部被切除，使其兩端露出纖維孔以讓氣體從一端移動到另端。纖維束封閉在一個合適的殼體中。該殼體用于保護纖維，并引導氣體正確流動。
氣體分子靠不同的分壓驅動滲透過膜纖維絲薄壁，影響滲透率因素是包括溶解性、擴散速度、氣體-聚合物配位狀況和不同氣體組分分子的滲透速率。滲透速率差別越大分離效率越好。
氣體分離膜性能描述
氣體分離用的所有種類膜的核心技術，都是添加了不同組分的改性高分子材料，其氣體分離的原理都一樣，膜的性能取決于各生產廠家膜材料配方和生產工藝。 因此，不同膜有不同的分離效率，不同的耐壓及不同的使用壽命。
一般地，膜的性能可以用產氣量、回收率、膜的壽命來描述:
1) 產氣量：單根膜可以生產的產品氣體的量；
2) 回收率: 目標產品氣體的產量與原料氣體中相同組分含量比值的百分比。回收率高表示獲得相同量的產品氣體所需要的原料氣體量更少，運行就更經濟；
3) 膜的壽命:膜的使用耐久性與膜材料本身、分離系統設計合理性及運行維護等諸多因素有關。
膜的性能還與產生的產品氣體的純度、操作溫度和運行壓力等諸多因素相關。對于空氣分離制取氮氣的膜而言，氮氣回收率隨工作溫度的升高而降低，隨工作壓力的增加而稍有增加，而膜的產量隨溫度和壓力的升高而增加。因此，膜的運行必須是在定的溫度和壓力下才能達到較佳運行效果。
氣體分離膜結構-中空纖維膜
膜分離系統的核心部件是類似于管殼式換熱器的膜分離器，數萬根細小的中空纖維絲澆鑄成管束而置于承壓管殼內。混合氣體進入分離器后沿纖維的一側軸向流動，“快氣”不斷透過膜壁而在纖維的另一側富集，通過滲透氣出口排出，而滯留氣則從與氣體入口相對的另一端非滲透氣出口排出。
氣體分離膜結構-膜分離器設計和布置
● 每個膜束易于安裝到壓力容器內
● 單向且耐用的、不同壓力的密封設計
● 軸向塞滿膜絲（而不是緊緊纏繞的配置）
● 壓力容器符合：美標、歐標、俄標、國標等標準
膜分離器的布置：聯和并聯
● 串聯布置易使能力增大或減小，保護后級分離器
● 并聯配置可以用于大流量隆低膜分離器內線速
氣體分離膜結構-中空纖維膜
1.外壓式: 工藝氣體處理膜----PO和P2、P3膜，從2至 8英寸等30余種規格。
天然氣處理膜------材質同P2，有從1到8英寸等 數十種規格。
2.內壓式: 空分富氧制氮膜------P1，N1,2,3和P3 膜，從1到8英寸等多種規格。
氣體分離膜系統特點
靈活：當計劃或工藝中出現未預料變化時，膜系統可供操作的靈活性。若要滿足產量增大時，投入更多膜分離器即可。如若需減產，關掉分離器的控制閥門就能保持系統的回收率和純度。多方式整合可從滲透側得到不同的純度和流量。
緊湊：適合小或擁擠的工廠且最少的現場安裝時間、費用和潛在的施工誤差。現場準備期時間短，只需簡單混凝土支撐臺和公用工程。膜系統是撬裝結構，方便移動。
效果和經濟：在大多數應用中，膜系統有高回收率，其對氫氣和碳氫化合物的效率 80- 95%。膜系統的操作壓力基本等同精煉時的壓力，不需要附加壓縮能量來供分離過程。消耗很少的蒸汽(用于溫度控制)、儀表氣和吹掃的氮氣。此系統的開停車簡單 ，產品氣不需要 冷卻和預處理。
低維護：膜分離器組沒有運動部件可監查、維護、替換。在合適的設計、安裝和操作 條件下是免維護保養的。不過需要關注的是運轉時各種工藝條件和所能容忍的一些污染物， 如：液態水、氨氣、硫化氫、碳氫化合物和芳香族。
壽命長：健全的設計和結構確保在行業應用的長壽命。
優勢
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基本性能 |
深冷法 |
變壓吸附法 |
膜分離法 |
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原理 |
分離介質 |
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碳分子篩 |
中空纖維膜 |
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分離原理 |
將空氣液化，根據氧、氮沸點不同而分離 |
加壓吸附，減壓脫附 |
有壓滲透（不同滲透率〉 |
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能耗 |
耗能部件 |
壓縮機、膨脹機加壓泵、加熱設備 |
空壓機 |
空壓機 |
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耗電KWh/Nm3 |
>0.62 |
0.4-0.6（平均） |
0.4-0.6（平均） |
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成本元/Nm3 |
>0.6 |
0.3 |
0.2-0.3 |
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設備 性能 |
氮產重Nm3/h |
>500 |
＜1000 |
10-5000 |
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氮氣純度 % |
99-99.999（穩定） |
98-99.9（波動） |
95-99.9（穩定） |
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氮氣壓力 MPa |
|
0.6（波劫〉 |
0.6-1.8 |
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露點 ℃ |
-60－－70 |
-40 |
-60- -70 |
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啟動時間 |
20小時 |
30分 |
10分鐘以內 |
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維修量 |
運動部件多，維修量大，需定時大修。 |
換閥門易損，動作頻繁， 有維修工作量和故障率存在。 |
無活動部件，甚少維修和保養。 |
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分離介質壽命 |
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國產5年，進口10年。 |
中空纖維10年以上。 |
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設備 參數 |
工藝流程 |
復雜 |
一般 |
簡單 |
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設備狀態 |
只能固定 |
只能固定 |
固定、移動、室內外。 |
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廠房面積 |
最大 |
較小 |
小 |
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冷卻水 |
很多 |
無 |
無 |
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高度 |
局部12米 |
4-10米 |
4米 |
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電容量 |
最大 |
較小 |
最小 |
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外形尺寸 |
體積最大 |
體積較小 |
體積最小 |
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增容 |
增容困難 |
增容困難 |
分離膜并聯組裝，易增容。 |
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隨機開/停車 |
不能 |
一般 |
很容易 |
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基本投資 |
高 |
低 |
較低 |
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操作工人 |
需專人操作 |
無需專人操作 |
無需專人操作 |
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特殊要求 |
需專人安裝，安裝費高 |
尢 |
尢 |
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運行費用 |
較高 |
一般 |
較低 |
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氣體分離膜適用行業及場景
? 合成氨馳放氣的氫氣分離回收
? 煉廠氣中的氫氣分離回收
? 重整氣的氫氣提純
? H2/CO比例調節及CO純化
? 甲醇尾氣氫回收
? 天然氣脫水和酸性氣體 包括脫除(二氧化碳和硫化氫)
? LNG閃蒸汽中氨氣凈化和提純
? 煤層氣中氦氣凈化和提純
? 各種原料氣中氦氣凈化和提純
氮氣提純/富集膜工程
膜分離器的用途是從壓縮空氣中分離和富集而制取高純度氮氣。這些堅固耐用的分離器采用中空纖維膜技術將氮氣分子從壓縮空氣的其他組分中分離出來。所產生的氮氣流純凈、干燥，可直接用在 大多數工業應用中。
膜分離器的主要作用是從壓縮空氣中分離出氮氣。絕大多數應用是制取氮氣作為惰性氣體，以消除易燃氣氛或保護易在空氣中氧化的物品。膜分離器采用 N1、N2 或P3 膜纖維裝配而成。PA 膜分離器能夠制取純度高達 99.9%的氮氣。
N1 纖維適合需要供應大宗氮氣的系統使用。應用示例包括：惰化產品倉庫和船舶貨艙、惰性油氣運輸船、低氧空氣、防火及其他使用氮氣的眾多應用。
N2 纖維類似于 N1，但用在要求膜開停頻繁的場合。N2 纖維的應用包括：飲料分配和輪胎充氣。
P3 纖維是一種高選擇性膜。與N1纖維相比，這種膜產氣量較低，但是單位體積壓縮空氣供給可制取更多的氮氣。P3纖維是市場上選擇性最高的品種。當壓縮空氣有限或需要節省動力時，適合選用該纖維。應用示例包括近海石油平臺和船舶。
氮氣膜分離器采用非對稱中空纖維復合膜技術從壓縮空氣中分離和回收氮氣。膜利用選擇性滲透原理制取高純度氮氣。每種氣體都有一個特定滲透速率，它取決于氣體在膜中的溶解與擴散能力。在膜分離器中，壓縮空氣沿著中空纖維內部向前流動。快滲透氣體（氧氣、二氧化碳和水蒸氣）及少量慢滲透氣體穿過膜壁流向纖維外部。隨后在大氣壓力下收集為滲透氣體。大部分慢滲透氣體和極少量快滲透氣體繼續沿纖維流動，直到到達膜分離器尾端，產生的氮氣產品通過管道輸送到用氣點。
關鍵詞：
氮氣分離/提純
