極低温空気分離窒素製造とは

深冷空気分離窒素製造は、数十年の歴史を持つ伝統的な窒素製造方法です。空気を原料として圧縮・精製し、熱交換により空気を液化して液体空気にします。液体空気は主に液体酸素と液体窒素の混合物です。液体酸素と液体窒素の沸点の違いを利用し、液体空気を蒸留して分離することで窒素が得られます。

一般的なプロセスの流れ

プロセス全体は、空気の圧縮と精製、空気の分離、液体窒素の気化で構成されます。

1. 空気の圧縮と浄化

空気はエアフィルターによって塵や機械的不純物が取り除かれた後、エアコンプレッサーに入り、必要な圧力まで圧縮された後、空気冷却器に送られて空気の温度が下がります。次に、空気乾燥浄化装置に入り、空気中の水分、二酸化炭素、アセチレン、その他の炭化水素が除去されます。

2. 空気分離

精製された空気は空気分離塔の主熱交換器に入り、還流ガス（製品窒素、排ガス）により飽和温度まで冷却され、蒸留塔の塔底に送られます。塔頂では窒素が得られ、液体空気は絞られて送られる凝縮蒸発器に入り蒸発すると同時に、精留塔から送られてきた窒素の一部が凝縮する。凝縮した液体窒素の一部は精留塔の還流液として使用され、残りの一部は製品液体窒素として使用されて空気分離塔から出ます。

凝縮蒸発器からの排気ガスは主熱交換器によって約 130K まで再加熱され、膨張機に入り膨張および冷却され、空気分離塔の冷却能力を提供します。膨張したガスの一部はモレキュラーシーブの再生と冷却に使用され、サイレンサーから排出されます。雰囲気。

3. 液体窒素の気化

空気分離塔からの液体窒素は液体窒素貯蔵タンクに貯蔵されます。空気分離装置を検査する場合、貯蔵タンク内の液体窒素は気化器に入り、製品窒素パイプラインに送られる前に加熱されます。

極低温窒素生成では、純度 99.999% 以上の窒素を生成できます。

純度

極低温窒素生成では、純度 99.999% 以上の窒素を生成できます。窒素純度は窒素負荷、トレイ数、トレイ効率、液体空気中の酸素純度などにより制限され、調整範囲が狭いです。

したがって、一連の極低温窒素製造装置では、製品の純度は基本的に一定であり、調整するのが不便です。

極低温窒素生成装置に含まれる主な機器

1. 空気濾過

エアコンプレッサー内の機械的可動面の摩耗を軽減し、空気の品質を確保するために、空気はエアコンプレッサーに入る前に、まずエアフィルターを通過して、空気に含まれる塵やその他の不純物を除去する必要があります。エアコンプレッサーの空気取り入れ口には、粗効率フィルタまたは中効率フィルタが使用されることがほとんどです。

2. エアコンプレッサー

動作原理によれば、エアコンプレッサーは容積と速度の 2 つのカテゴリに分類できます。エアコンプレッサーは主に往復ピストンエアコンプレッサー、遠心式エアコンプレッサー、スクリューエアコンプレッサーを使用します。

3. 空冷器

空気乾燥精製器および空気分離塔に入る前に圧縮空気の温度を下げ、塔に入る温度の大きな変動を回避し、圧縮空気中の水分の大部分を沈殿させるために使用されます。窒素水冷却器（水冷塔と空冷塔で構成されます。水冷塔は空気分離塔の排ガスを利用して循環水を冷却し、空冷塔は水冷塔の循環水を利用して循環水を冷却します。エアー）、フロンエアークーラー。

4. 空気乾燥機および空気清浄機

圧縮空気には、空気冷却器を通過した後も、一定量の水分、二酸化炭素、アセチレン、その他の炭化水素が含まれています。空気分離塔内に堆積した凍結した水分と二酸化炭素は、流路、パイプ、バルブを詰まらせます。アセチレンは液体酸素中に蓄積し、爆発の危険性があります。粉塵は稼働中の機械を磨耗させます。空気分離ユニットを長期にわたって安全に動作させるには、これらの不純物を除去するための特別な浄化装置を設置する必要があります。空気浄化の最も一般的な方法は吸着と凍結です。モレキュラーシーブ吸着法は、中国の中小規模の窒素発生装置で広く使用されています。

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5. 空気分離塔

空気分離塔には主に主熱交換器、液化器、蒸留塔、凝縮蒸発器などが含まれます。主熱交換器、凝縮蒸発器、液化器はプレートワープ熱交換器です。オールアルミメタル構造の新しいタイプの複合型隔壁熱交換器です。平均温度差が非常に小さく、熱交換効率が98～99％と高い。蒸留塔は空気分離装置です。タワー機器は内部部品によって種類が分かれています。篩板を備えた篩板塔を篩板塔、バブルキャップ板を備えたバブルキャップタワーをバブルキャップタワー、充填物を積層した充填塔を篩板塔と呼びます。篩板は構造が単純で製造が容易で、板効率が高いため空気分別蒸留塔に広く使用されています。充填塔は主に直径0.8m以下、高さ7m以下の蒸留塔に使用されます。バブルキャップタワーは、構造が複雑で製造が難しいため、現在ではほとんど使用されていません。

6. ターボエキスパンダ

これは、冷エネルギーを生成するために窒素発生装置によって使用される回転ブレード機械です。低温環境下で使用されるガスタービンです。ターボエキスパンダは、羽根車内のガスの流れ方向により、軸流型、求心放射状流型、求心放射状流型に分けられます。羽根車内でガスが膨張し続けるかどうかにより、反撃型と衝撃型に分けられます。継続する展開は反撃型。タイプでは伸び続けずインパクトタイプとなります。単段ラジアル軸流衝撃タービンエキスパンダは、空気分離装置で広く使用されています。極低温空気分離窒素発生装置は、複雑な装置、広い面積、高いインフラコスト、高額な装置への一時投資、高い運転コスト、遅いガス生成 (12 ～ 24 時間)、高い設置要件、および長いサイクルを備えています。設備、設置、インフラストラクチャーの要因を考慮すると、3500Nm3/h 未満の装置に対する同じ仕様の PSA 装置の投資規模は、極低温空気分離装置の投資規模より 20% ～ 50% 低くなります。極低温窒素発生装置は大規模な工業的窒素生産には適しているが、中小規模の窒素生産には不経済である。