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变压吸附技术在石化行业的应用
变压吸附技术在石化行业的应用
摘要:
变压吸附技术在石油化工、医药、食品等行业中得到了广泛应用,取得了巨大成功,其技术随着科学技术的发展,也有了重大的进展,主要体现在处理能力不断扩大、自动化控制水平不断提高、应用领域不断扩展以及吸附剂性能也越来越高。
文中主要介绍变压吸附技术在石化行业成功应用案例,内容包括变压吸附技术在烃类水蒸汽制氢中的应用;在回收炼厂干气中氢气的应用;在焦炉煤气回收氢的应用;在空分制氧制氮中的应用。
着重介绍变压吸附技术在公司的应用情况。
最后提出了变压吸附技术的发展方向。
关键词:
变压吸附,分离,制氢,制氧,制氮,吸附剂,回收率
第一章 变压吸附技术的发展概况
变压吸附(PressureSwingAdsorption简称PSA)这一概念是1942年H.kahle在德国申请的专利中提出的。
当时他所使用的吸附剂仅为硅胶、活性氧化铝与活性炭。
这几种吸附剂对于低沸点、分子直径相近的氧、氮来说,吸附效率低,分离系数小,很难将它们彼此分离。
因此,该方法于20世纪50年代之前发展缓慢。
后由于沸石分子筛的诞生,并于1958年开始应用于氢气的提纯,1962年实现工业规模的制氢。
进入70年代以后,变压吸附获得了迅速发展,它主要应用于天然气、工业尾气的提氢、空气的净化与干燥,进一步应用于空气分离氧、氮气。
1977年德国埃森矿业有限公司(B.F)用煤研制成功碳分子筛。
美、日等国纷纷购买B.F公司的专利,试制用碳分子筛变压吸附(CMS-PSA)进行空气分离制氧、氮装置。
国际上采用变压吸附法从空气中制取氧、氮的公司主要有德国的林德公司、美国的Airco公司、英国的制氧技术有限公司、巴西的Mangels公司等公司。
变压吸附装置现已商品化,中小型的变压吸附空分制氧、氮的设备可与深冷精馏法进行竞争。
美国联合碳化物公司(UCC)应用变压吸附制取气体在世界上处于领先地位,已制造出几百套的制氢、制氧、制氮的设备。
UCC公司开发多床工艺(10~12床)所产氢的纯度达到99.999%,回收率达到85%以上。
该公司应用自己的专利沸石吸附剂生产出纯度达到99.95%的氮和99.5%的氧。
该设备比普通的变压吸附设备节省投资50%,能耗下降25%~30%。
我国的变压吸附技术也获得迅速的发展,已广泛应用于化工、石油化工、钢铁、冶炼、电子、金属热处理、啤酒等领域。
我国变压吸附技术研究和设计单位有西南化工研究设计院(现为四川天一科技有限公司)、上海化工研究所和北大先锋公司。
其中四川天一科技有限公司与UOP公司、林德公司并列为世界变压吸附三大专业研究开发机构。
四川天一公司在全国建成600多套变压吸附工业装置,成为工业上主要的气体分离净化技术。
第二章变压吸附原理
吸附过程可以分为化学吸附和物理吸附两种,分离气体混合物的变压吸附过程为物理吸附过程,在吸附过程中没有任何化学反应发生。
在吸附过程中,当气体与多孔的固体吸附剂接触时,因固体的表面分子与内部分子不同,具有剩余的表面自由力场或表面引力场,使气相中的可被吸附的一种或多种组分碰撞到固体表面后被吸附。
在吸附的同时,被吸附的分子由于本身的热运动和外界气态分子的碰撞,有一部分又解吸离开固体表面返回到气相中。
在吸附的开始阶段,被吸附的分子数大大超过解吸的分子数,随着吸附过程的进行,吸附于固体表面的分子数量逐渐增加,吸附表面逐渐被吸附的分子覆盖,吸附剂表面再吸附能力下降,最终达到吸附平衡。
由吸附平衡的吸附等温线知道,在同一温度下,吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附质的分压上升而增加;在同一吸附质分压下,吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附温度上升而减少。
即:
加压降温有利于吸附质的吸附,降压升温有利于吸附质的解吸或吸附剂的再生。
变压吸附就是利用这一特点,在较高的压力下进行吸附,在较低的压力下(甚至在真空状态下)使吸附的组分解吸出来。
单一的固定床操作,由于吸附剂需要再生,吸附是间歇的。
因此,在工业生产中采用两个或多个吸附床,使吸附床的吸附和再生交替进行,这样一来就能保证原料气连续输入,产品气连续输出,整个吸附过程才是连续的。
第三章变压吸附技术在工业中的应用
3.1 在烃类水蒸汽制氢中的应用
炼油厂的氢来源约30%由重整尾气提供,在其余70%中,烃类水蒸汽转化制氢占87%。
可见,采用水蒸汽转化工艺是目前主要的制氢方法。
传统的制氢工艺如图1所示。
这种传统工艺生产的产品氢气纯度较低,流程长。
采用SPA的制氢工艺如图2所示。
采用PSA工艺取消了传统湿法脱碳工艺中的低变工序及甲烷化工序,大大简化了制氢工艺流程;PSA的尾气可返回转化炉作燃料,采用PSA工艺比传统工艺成本低5%;PSA法得到的产品氢气纯度≥99.9%,CO+CO2≤20mL/L,产品氢气纯度比传统制氢工艺高,用于加氢过程,比传统工艺减少
10倍以上的排空量,降低后续加氢工艺的能耗。
石化行业近年来新建的制氢装置均采用了PSA分离技术。
胜利油田、沧州炼油厂、上海石化、扬子石化、长岭炼油厂制氢均采用变压吸附分离技术。
变压吸附制氢工艺中吸附压力一般控制在0.6~3.0MPa,采用多床变压吸附工艺实施。
多床变压吸附制氢工艺中应用最广的是四塔2次均压流程,即一个吸附塔在一次吸附——再生循环中要经过9个步骤,4个吸附塔所经历的工作步骤相同,只是在时序安排上错开四分之一的周期。
3.2 回收炼厂干气中的提纯氢气
炼厂副产气如加氢裂化尾气、催化重整副产气、回炼渣油的催化裂化干气采用PSA,可回收氢气,缓解石化工业缺氢的局面。
催化干气中除含有氢气及烃类组分外,还含有0.5%~1.2%氧气。
由于H2与O2的分离系数较低,为了提高产品氢气的回收率,在PSA工序可放出少量O2。
PSA产品氢气中的微量O2可采用催化氧化反应除去。
当产品氢气中水含量要求较高时,必须设置干燥工序。
催化干气提纯氢气的典型流程如图3。
图3 催化提纯氢气PSA新工艺框图
由于催化干气中的氢含量较低,高烃类杂质组分多,采用常压冲洗工艺氢气收率低于80%,而采用抽空工艺氢气收率可达87%~90%。
因此催化干气提纯氢气常采用抽空解吸工艺。
大庆油田化工总厂、 海炼化公司、辽阳化纤公司、格尔木炼油厂、济南炼油厂、沧州炼油厂等石化企业采用变压吸附技术以炼厂混合气或催化干气为原料,提纯H2纯度达到99.9%。
变压吸附制氢和提纯氢常用的吸附剂有活性氧化铝类、硅胶类、活性炭类与分子筛类等。
3.3 在焦炉煤气回收氢的应用
随着炼焦行业、钢铁工业和化学工业的飞速发展,焦化工业在我国出现超常规的发展态势。
焦炉煤气中含有丰富的氢气,约55%(体积分数),目前焦炉煤气主要用作工业和民用燃料,宝贵的氢气资源被当作燃料燃烧掉。
西南化工研究院研究建成了PSA制氢装置,用于轧钢铁保护气。
宝山钢铁焦炉煤气变压吸附制氢的工艺流程为:
焦炉煤气→煤气加压机→冷却系统→预吸附系统→吸附系统→除氧及干燥系统→产品氢气。
其中吸附系统由6台吸附器组成,吸附压力控制在0.65~0.8MPa,从吸附器中出来比较纯净的氢气,再经脱氧器和干燥器除去氧和水,产品氢气的纯度可达99.998%以上。
变压吸附系统采用6-2-1(6台吸附器,2台吸附,1次均压)的运行方式,在任一时刻总有2台吸附器处于吸附步骤。
宝钢焦炉煤气主要成分见表1。
表1 焦炉煤气成分表
组分
H2
O2
N2
CH4
CO
CO2
C2H4
C2H6
C3H6
体积/%
58.8
0.4
3.8
25.6
5.9
2.1
2.3
0.9
0.2
经变压吸附后的氢气压力为0.57~0.72MPa(G),温度小于40℃,杂质含量:
O20.62%,N2<4×10-6,CO<3×10-6,CO2<0.5×10-6,CH4<2×10-6。
然后再经脱氧器和干燥器除去氧和水,产品氢气的纯度可达99.999%以上。
3.4 变压吸附空分制氧应用
氧气在工业中被广泛使用,如黑色冶金的电炉炼钢,吹富氧除可缩短熔化时间外,还加强了脱除杂质的反应,并节约电能;高炉炼铁中,采用富氧喷煤技术,可降低焦炭耗量和生产成本,提高高炉生产率;有色金属冶炼(铜、铅、锌、铝等)中的熔炉富氧燃烧,能有效提高生产率、节能降耗,并延长熔炉使用寿命,同时烟气量大幅度减少有利于环保;化工生产中的粉煤富氧气化、化工富氧造气等可提高效率和改善品质。
3.4.1 变压吸附空分制氧原理
当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时,氮气被分子筛吸附,氧气因吸附较少,在气相中得到富集并流出吸附床,使氧气和氮气分离获得氧气。
当分子筛吸附氮气至接近饱和后,停止通空气并降低吸附床的压力,分子筛吸附的氮气可以解吸出来,分子筛得到再生并重复利用。
两个以上的吸附床轮流切换工作,便可连续生产出氧气。
3.4.2 变压吸附空分制氧工艺
常用的PSA制氧工艺一般都包括吸附、放空、冲洗、均压与充压步骤。
目前有采用两床PSA、三床PSA、四床PSA以及真空变压吸附(VacuumSwingAdsorption,简称VSA)工艺。
根据吸附床层再生条件不同又可以分为常压再生和真空再生,后者即通常所说的真空变压吸附(VSA)。
其中三床PSA,采用三床PSA,可连续生产出氧气。
每个吸附器在工作时都要经历三个阶段,即吸附、再生和充压,在任何时候都只有一个吸附器处于吸附阶段,产品流是连续的;四床PSA,采用四床PSA工艺,可以进一步提高氧气的回收率。
缺点是工艺流程复杂,操作麻烦。
3.4.3 应用效果
武钢集团昆明钢铁有限公司为了有效降低炼铁工序能耗和高炉冶炼的生产成本,2000年新建一套ZO-12500/80变压吸附制氧装置,供高炉富氧,选用北大先锋的技术,采用PU-8高效锂基制氧吸附剂,出氧量12500m3/h,氧气纯度80%(相当于纯氧10000m3/h)。
ZO-12500/80型变压吸附制氧设备采用五塔超大气压变压吸附制氧工艺(氧气经氧压机压缩后送到高炉富氧站,从高炉风机后供入高炉风口)。
在一个周期内,每台吸附塔都经历吸附、顺向放压、真空解吸、真空清洗、均压、充压/大气进气等步骤,在同一时刻两台吸附塔分别处于不同的操作阶段。
表2 主要设计性能参数
性能参数
设计值
(0℃,101.325kPa)氧气产量/m3.h-1
12500
氧气纯度,%
≥80(80~95范围内可调)
氧气输出压力/MPa(G)
≥0.55
起动时间/min
~30
年开工率,%
≥95
2010年变压吸附制氧氧气电单耗比10000m3/h空分低0.3098kW.h/m3,按6号高炉年用氧4071.0537×104m3计算,制氧工序年节电1361万kW.h。
但是,变压吸附制氧实际电耗(0.6757kW.h/m3)与设计指标(0.45±0.02kW.h/m3)仍存在一定的差距。
运行表明,变压吸附制氧具有以下优点:
装置启动迅速,随时开机即可制氧,启动后几分钟至几十分钟便可获得合格产品氧;
装置体积小,操作简单,自动化程度高,不需人工操作;
投资费用低,单位产品能耗低(尤其中小型),气体生产成本低;
产品纯度可在一定范围内任意调节。
氧气纯度在50%~95%之间可以任意调整。
生产负荷可在30%~110%范围内任意变化。
3.5变压吸附空分制氮应用
现在,氮气被广泛用于化工、食品保鲜、医药、电子、金属加工和煤矿消防灭火等多种领域。
3.5.1变压吸附制氮工艺
氮气是一种惰性气体,在化工生产中常用来做保护气体。
近年来由于分子筛的制备和变压吸附技术的发展,使中小型制氮装置因投资少、操作运行费用低而得到普遍发展,变压吸附制氮由于采用的吸附剂不同,有两种不同分离工艺,即ZMS制氮工艺和CMS制氮工艺。
其中CMS制氮工艺是利用氮和氧的分子直径不同及在吸附过程中向碳分子筛微孔扩散速度不同来实现氧氮分离的。
在CMS制氮的变压吸附工艺中,吸附时间要控制在60s左右,碳分子筛在吸附氧分子的同时,也在吸附CO2、H2O,氮气直接从吸附塔床层流出供生产使用,氧氮分离时,压力一般控制在0.8MPa左右,此时吸附量经济。
降低压力吸附量降低,分子筛利用率低,而提高压力吸附量增加又有限,耗损机械能。
从目前应用来看,碳分子筛CMS工艺技术成为变压吸附制氮的主流技术。
国外大批生产碳分子筛的公司有:
德国BF公司、美国Calgon碳公司、日本Takeda化学工业公司和Kuraray化学品公司。
国内生产碳分子筛厂家主要是浙江长兴化工厂。
目前国内大多采用国外进口碳分子筛。
国内上海化工设计院、四川天一科技、温州瑞气空分设备有限公司等企业设计和生产的变压吸附制氮气装置规模和技术水平接近世界先进水平。
变压吸附制氮装置采用常压解吸双塔流程,为主流流程,即环境空气经空气压缩机并吹除饱和水后,流经冷冻干燥机组,除去大部分的冷凝水,除油后进入分子筛吸附塔,以保障碳分子筛的吸附效率和寿命。
3.5.3应用效果
黑龙江齐化化工有限责任公司聚氯乙烯厂,此公司的变压吸附制氮装置,设计产氮气量为640m3/h,纯度为99.5%。
从压缩机来的0.8MPa压缩空气经冷冻脱水后,进入空气缓冲罐,经过吸附塔(采用双塔)进行吸附分离后,氮气进入氮气贮罐供生产应用。
采用碳分子筛为吸附剂的常压解吸吸附工艺,制氮工艺顺序见表3。
表3制氮工艺顺序
塔名
1
2
3
4
5
6
A
均压升
吸附
吸附
均压降
解吸
反吹
B
均压降
解吸
反吹
均压升
吸附
变压吸附制氮装置从2001年4月投入使用后,产气量和产气纯度均达到设计要求。
运行情况:
此装置比深冷分离产气快,操作简单;变压吸附制氮能耗低,为0.3~0.5Kw/m3(而深冷制氮能耗为0.7~0.8Kw/m3,大大降低了生产成本。
第四章变压吸附技术在公司的应用
4.1烃类水蒸汽制氢
制氢装置是洛阳分公司油品质量升级改造项目的一套主体装置,由公司工程公司设计并承建,占地面积14820平方米,设计生产能力为4×104Nm3/h工业氢,年开工时数为8400小时,相当于产纯氢3.02×104t/a。
制氢装置与蜡油加氢处理装置组成联合装置。
装置采用烃类水蒸汽转化法造气和变压吸附氢气提纯的工艺,装置由原料加氢脱硫、水蒸汽转化、中温变换、PSA氢气提纯及余热回收系统五部分组成。
装置原料为加氢干气、焦化干气、芳烃气体,干气供给量不足时以罐区提供石脑油为补充原料,产品为纯度99.9%的工业氢气,产量为40000Nm3/h,主要提供给220×104t/a蜡油加氢装置,多余部分供3.5MPa氢气管网,副产品为变压吸附尾气,全部用作转化炉燃料。
本单元采用成都华西化工科技股份有限公司的10-2-4PSA流程变压吸附氢提纯技术,从原料气中提纯分离出纯度大于99.9%的氢气,然后送出界区去氢气管网,剩余的解吸气,作为燃料气直接送制氢装置转化炉作燃料。
本装置由10台吸附塔、两台顺放罐、一台解吸气缓冲罐、一台解吸气混合罐及一台液压泵站构成。
4.1.1工艺流程
其工艺流程见图4。
来自界区外的压力2.5MPa(G)、温度40℃的变换气从塔底部进入吸附塔T6201A~J中正处于吸附工况的塔(始终有2台),在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下,一次性除去氢以外的几乎所有杂质,直接获得纯度大于99.9%的产品氢气从塔顶排出,然后经吸附压力调节阀PV4603A稳压后送出界区。
PSA单元除送出产品氢外,还产生逆放解吸气和冲洗解吸气。
逆放解吸气来自于吸附床的逆放步骤,冲洗解吸气产生于冲洗步骤,所有解吸气均送解吸气混合罐V6203。
逆放解吸气和冲洗解吸气在混合罐中混合后送往转化炉作燃气。
氢气组成如下:
(mol%)
H2≥99.9
CH40.02
CO+CO2≤20.0PPm
4.1.2装置特点及应用效果
本装置所采用的10-2-4变压吸附工艺技术,具有如下优点:
1采用成熟的10-2-4PSA流程,流程简单、运行可靠。
2在传统10-2-4PSA流程的基础上增加了一台顺放气缓冲罐,可在实现连续四次均压的同时实现两塔同时冲洗再生,能精确的控制冲洗再生流量,并且解决了传统冲洗过程中的二次污染问题,改善了吸附剂的再生效果。
310-2-4PSA流程的逆放时间和冲洗时间更长,因而吸附剂再生时的传质效果更好,再生更彻底,氢气回收率更高,并且减小了逆放噪音。
410-2-4PSA流程的逆放过程连续,因此波动较小,再加上解吸气控制系统采用了先进的两级缓冲、三级调节系统,解吸气的热值、压力和流量更稳定,更有利于解吸气的直接燃烧。
5本装置先进的PSA专用软件在某个吸附塔出现故障时,可自动无扰动地将故障塔切除,转入9塔、8塔、7塔、6塔、5塔操作。
在切换到5塔操作时,可将装置隔离分成两个独立的系列任意检修,一个系列生产,另一个系列可作任意检修。
因而大大地提高了装置运行的可靠性。
6作为关键设备的PSA程控阀,选用成都华西化工科技股份有限公司专利产品-液压三偏心扭矩关闭型蝶阀。
具有体积小、重量轻、动作快(小于2秒)、密封性能好(ANSI六级)、寿命长(大于100万次)、开关速度独立可调(1~30秒)、以及关闭缓冲功能和阀位显示可靠的优点,保证了装置长期运行的可靠性。
7采用华西所开发的专门用于变换气PSA氢提纯的吸附剂,吸附剂动态吸附量大、脱除杂质精度高,可更有效地保证产品质量和回收率。
8本装置程控系统采用液压程序操纵系统,具有操作稳定性高,刚性好,运行平稳,动作安全可靠,使用寿命长的特点,其阀门开启速度调节功能可控制均压速度、减少气流对吸附剂的冲刷、大大延长吸附剂的使用寿命,降低装置噪音。
9本装置先进成熟的控制软件包可自动实现吸附时间的优化和吸附压力自适应调节,保证产品的合格和收率的最高。
10本装置的吸附剂采用密相装填技术,可进一步减小床层死空间,提高氢气回收率。
4.25000Nm3/h干气变压吸附氢提纯装置
变压吸附氢提纯装置采用化工部西南化工研究设计院的变压吸附(PSA)工艺,中国石化集团公司工程公司提供工程总承包,中国石化第二建设公司承建。
以催化裂化干气和对二甲苯(PX)装置来的PX释放气为原料,通过PSA氢提纯,从催化裂化干气和PX释放气中分离出纯度大于99%的粗氢气,再采用化学法脱氧,使产品氢纯度最终达到PX装置的用氢要求。
设计公称能力为生产氢5000Nm3/h。
根据目前的用氢负荷,实际生产氢气4398Nm3/h,年开工时数为8000小时。
装置由PX释放气预处理、变压吸附氢提纯、粗氢气脱氧干燥及升压和解吸气升压等部分组成。
在设置PX释放气预处理系统的工况下以催化裂化干气和PX释放气为原料,装置氢气总收率≥85%,其中PSA部分氢气回收率≥86.4%。
在不设置PX释放气预处理系统的工况下,以催化裂化干气和PX释放气为原料,装置氢气总回收率≥82%。
4.2.1工艺原理及工艺流程
预处理单元采用变温吸附(简称TSA)技术从PX释放气中脱除C5以上的高碳烃、甲苯、乙苯等杂质,以获得净化的PX释放气,其基本原理是利用吸附剂对不同的吸附质的选择吸附特性和吸附能力随温度的变化而呈现差异的特性,实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。
在吸附剂的选择吸附条件下,常温吸附原料气中C5以上的高碳烃、甲苯、乙苯等杂质组分,弱吸附组分H2、C1、C2、C3等通过床层由预处理器底部排出,从而使H2、C1、C2、C3等组分与C5以上的高碳烃、甲苯、乙苯等杂质分离。
高温时被吸附的C5以上的高碳烃、甲苯、乙苯等杂质组分脱附,同时吸附剂获得再生。
提纯氢气的原料气中有效组分是H2,其它杂质组分有CH4、CO2、CO、N2、C2-4、O2、H2O、H2S等,本装置采用变压吸附(PSA)技术从原料气中分离除去杂质组分获得提纯的氢气产品,根据原料气的组成,本装置先采用变压吸附除去CH4、CO2、CO、N2、C2-4、等杂质,最后用催化脱氧反应脱去氢气中的氧气。
在变压吸附过程中,吸附床内吸附剂解吸是依靠降低杂质分压来实现的,本装置采用的方法是降低吸附床压力(泄压)和对吸附床抽真空。
工艺流程见图15。
图5催化干气变压吸附制氢工艺流程
4.2.2部分操作条件和产品组成
表4变压吸附部分操作条件(以8-3-3VP为例)
序号
步骤
压力(MPa)
温度(℃)
时间(S)
1
吸附
0.6
40
180
2
一均降
0.43
40
20
3
二均降
0.26
40
40
4
三均降
0.09
40
40
5
逆放
0.03
40
40
6
抽空
-0.08
40
60
7
三均升
0.09
40
40
8
二均升
0.26
40
40
9
一均升
0.43
40
20
10
终充
0.62
40
40
表5产品氢气规格
组成
mol%
H2
≥99.99
N2
≤0.01
CO
≤10ppm
H2O
≤10ppm
O2
≤10ppm
CO2
≤10ppm
H2S
≤10ppm
4.3空分制氮
在洛阳化纤20万t/a聚酯配套系统工程中,上了一套目前国内处理空气量最大的变压吸附制粗氮装置,该装置由上海化工研究院设计制造,于2000年3月试运投产。
4.3.1工艺流程(见图6)
图6PN-5000变压吸附及NC-3000氮气净化装置工艺流程图
V201.冷干机V215.精密过滤器V202.空气缓冷罐V203.吸附筒(4组)
V204.氮气缓冲罐V205蒸汽预热器V206.预处理器V207.氮加热器Ⅰ
V208.氢加热器V209A、B.除氧器V214.氮加热器ⅡV210.备用除氧器
V211.冷却器V212.水分离器V213A、B.干燥器FI.流量计
AI-2101.氮气在线分析仪PIC-2201氮气流量调节阀AIC-2201加氢调节阀
(1)PN-5000变压吸附工艺流程
空气经离心机压缩至0.75~0.85MPa进入冷干机,降温除去大部分水分,经精密过滤器进一步除油、除尘,然后进入空气缓冲罐缓冲稳压,作为变压吸附制氮的原料气。
空气经过预处理后进入装有碳分子筛的吸附筒,空气在碳分子筛床内依次完成吸附制气、放气、冲洗、均压、二次均压、充气过程,从而连续生产制得氮气。
吸附筒共8个,每2个吸附筒与10个快速气动切断阀单独组成一套制氮系统,气动阀的启闭由DCS设定时间程序控制。
四组变压吸附系统同时运行时,其切换程序相互错开,使总管的氮气压力、流量更为稳定。
利用出口调节阀控制氮气流量,可以得到不同纯度的氮气。
(2)NC-3000氮气净化工艺流程
NC-3000氮气净化装置,采用二级除氧(氢)及附加一级备用净化除氧工艺。
含氧量约为1%的
N2经蒸汽预热器加热至150℃进入预处理器,与同时进入的H2在催化剂(Pd-Pt)作用下,反应生成水,氧含量下降到约0.05%,从而完成初级除氧。
然后进入氮加热器Ⅰ,使温度在0~6h内由150℃渐升到250℃后进入到除氧器,在除氧器内氧与催化剂(Ni-Cu)反应,氧含量不大于3×10-6
,氢含量不大于3×10-6。
除氧器工作8h后,需加氢还原再生,将氧化态的Ni-Cu还原成金属还原态,以备下周期使用。
经除氧器的氮气再由氮加热器Ⅱ加热至约320℃进入备用除氧器。
备用除氧器内装碳型催化剂,作为备用反应,防止偶然出现系统压力、流量波动过大,使除氧不彻底。
最后经冷却器、水分离器和干燥器除水后作为产品送客户。
4.3.2应用效果
PN-5000型制氮装置主要用于PT
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