制氮机系统技术方案.doc

江西金阳钢艺有限公司

30Nm3／h-99.9%

PSA变压吸附制氮系统

技
术
方
案
书

苏州苏净保护气氛有限公司
2011年08月

氮气系统技术商务方案书
第一部分.苏净简介
1.企业背景:
江苏苏净集团有限公司座落于有东方威尼斯之誉的苏州古城内，公司始建于1969年，是以制造各类气体净化设备为主的国有大型企业，承担过国家“六五”至“九五”技术攻关项目（包括国家下达的半导体专用气体纯化装置任务）。自从83年以来，各项经济指标均以20%以上的速度递增，连续二十五年名列全国同行业第一。
苏净集团从事气体设备的生产已有39年历史，致力于在线气体发生设备和高纯气体纯化设备的开发和研制。公司拥有变压吸附制氮装置、膜分离制氮装置、氮气、氢气、氧气、氩气等各类气体纯化装置、氨分解制氢装置等专业设备生产能力，生产的各种型类气体设备已超过一万台。由苏净主编“国防工业出版社”出版的“气体纯化装置”和“液氨分解制氢炉”二书至今还经常被权威气体杂志“低温与特气”和“深冷技术”所引用。公司的产品已在石油化工、纺织、热处理、冶金、玻璃、食品、医药、电子、国防航天、航空等领域得到了广泛的应用。
2.企业综合实力
*.苏净集团----创元科技主体企业（深交所上市股票代码：000551）
*.1994年入选全国高新技术百强企业（第五十九名）
*.1999年入选国有大中型企业全国520户重点企业之一
*.1983年以来，各项经济指标均以20%以上的速度递增
*.拥有国内最大的气体设备用户群
*.“苏净”牌净化设备为中国电子行业知名品牌
*.“苏净”牌商标为江苏省著名商标
*.苏净集团在国内气体设备行业率先通过ISO9001: 2000版国际质量认证
3.苏净技术
*.从事气体设备的生产已有37年历史，有丰富的专业经验
*.69研制出国内第一台氨分解制氢炉
*.79年开始进行氮气纯化的生产
*.80年代初期开始进行变压吸附现场制氮机的研究工作
*.1985年研制成功第一台5A 分子筛变压吸附制氮机，并于同年通过了国家电子工业部鉴定验收
*.1989年开发出CMS碳分子筛变压吸附制氮机，该产品于1993年荣获江苏省科技进步二等奖
*.1992年开始为铜板带配套保护气体站，
*.1994年从德国卡波公司引进先进的PSA制氮设备生产工艺及技术
*.1995年从美国引进先进的膜分离制氮设备生产工艺及技术
*.公司现有各种专业技术人员390名，其中国家级专家４名
*.苏净集团现设有国家级博士后工作站，国家洁净技术研究中心，并与国内诸多科研院所成立联合研究所（中科院、电子科技大等）

第二部分.本公司的优势
l 我公司是集科研、设计、产品开发与生产的大型科研设计单位；具有雄厚的科研实力和优良的技术装备，在技术上能保证本装置达到用户所规定的技术指标。同时公司具有项目总承包资格，并有丰富的项目总承包经验。可以确保将本装置建设成为优质项目。
l 我公司具有丰富的PSA装置设计开发经验，可以保证本项目的工程设计质量、进度及技术指标。
l 我公司有几千余套变压吸附工业装置运行业绩，其大型化装置的开车运行经验，是其他单位无法比拟的，可以保证装置长周期稳定运行。
l 我公司具有雄厚的人力资源及资金实力，具有较强的抗风险能力，买方如选择我公司，可以大幅度地降低投资风险。
l 我公司具有完善的质量保证体系和完善的售后服务体系,保证用户装置无论是在建设中,还是在投产后,均可享受到我公司的优质服务和免费的软件技术升级服务。
l本公司具有从事吸附剂研究的全部实施、装备和相关人员。
l本公司具有从事程控阀门研究的全部实施、装备和相关人员。
l本公司具有从事自动制系统研究到软件开发组态的全部实施、装备和相关人员。

第三部分.氮气系统主要组成
(1)螺杆式空气压缩机： 1台
(2)高温型冷冻式干燥机： 1台
(2)三级高效过滤器组： 3只
(3)0.6m3压缩空气缓冲罐： 1只
(4)30Nm3/hPSA-99.9%制氮机： 1台
(5)5m3高纯氮气储罐： 1只

第四部分.供货设备供货技术介绍
1．氮气系统设计方案描述
1.1. 压缩空气系统
压缩空气系统由压缩机和空气缓冲罐组成，提供变压吸附制氮装置所需的压缩空气。工艺要求该系统提供稳定的输出压力和足够的气量。空压机选用运转可靠，维护简单，低噪音，无基础运转的喷油螺杆式空压机。
1.2. 压缩空气净化系统
从缓冲罐出来的经过压缩的空气首先进入9级过滤器，然后进入冷冻式干燥机。让压缩空气强制降温，使空气中水蒸汽冷凝结成液态水夹带尘、油排出机外。冷干机最好放置于压缩机房。工艺流程采用冷冻干燥机除油水，基于四点原因：一是后级7级送气管路过滤器进气口最大液体负载：2000ppm w/w（露点﹤-12℃），不采用冷冻干燥机，7级送气管路过滤器易失效；二是冬季室外气温较低，压缩空气温度降低后析出水分，堵塞管路系统，管路系统需倾斜并制作排液；三是管路系统析出水分后易腐蚀生锈；四是以后如需提高氮气纯度，空气净化是必备的。
冷干机的后级为精密过滤器组，精密过滤器组由二级过滤器组成。分别是7级主管路过滤器，3级高效除油雾过滤器。7级送气管路过滤器精度为1um，滤除1um和更大的固态与液态颗粒，残留油份含量1ppm w/w。3级高效除油雾过滤器过滤精度0.01um，滤除0.01um和更大的固态与液态颗粒，99.999%油雾；残留油份含量0.001 ppm w/w。压缩空气品质达到 ISO8573.1质量等级1级。这样洁净干燥的压缩空气便可进入后级制氮部分经变压吸附及纯化装置产生纯度合格的氮气。
说明：在压缩空气净化系统后级配置一活性炭过滤器和空气缓冲罐。配置活性炭的目的是当前级的空气过滤器滤芯没有及时更换时，活性炭过滤器可以吸附压缩空气中的杂质，起到保护变压吸附制氮机的作用；配置空气缓冲罐的目的是因为变压 吸附制氮机的工作原理决定两塔周期性切换工作，切换时由于压差较大，空气瞬间流量会大于空气过滤器和冷冻干燥机的额定处理气量，造成压缩空气的品质不能得到保证，而配置了空气缓冲罐，则空气缓冲罐能起到提供瞬间大流量的压缩空气，保证压缩空气的品质，从而确保变压吸附制氮机的制气效果和使用寿命。
2. 变压吸附制氮系统
变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）是一种先进的气体分离技术，它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位。
2.1 PSA技术具有以下优点：
* 产品纯度可以随流量的变化进行调节；
* 在低压和常压下工作，安全节能；
* 设备简单，维护简便
* 微机控制，全自动无人操作。
2.2 关于吸附剂
吸附剂是PSA制氮设备的核心部分。一般地，PSA制氮设备选择的是碳分子筛，它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不能被吸附。
2.3 变压吸附的原理
在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大。反之，压力越低，则吸附量越小。如下图所示：
吸附量

吸附压力
0

如上所述，在空气压力升高时，碳分子筛将大量吸附氧气、二氧化碳和水分。当压力降到常压时，碳分子筛对氧气、二氧化碳和水分的吸附量非常小。
变压吸附设备主要由A、B二只装有碳分子筛的吸附塔和控制系统组成。当压缩空气（压力一般为0.75MPa）从下至上通过A塔时，氧气、二氧化碳和水分被碳分子筛所吸附，而氮气则被通过并从塔顶流出。当A塔内分子筛吸附饱和时便切换到B塔进行上述吸附过程并同时对A塔分子筛进行再生。所谓再生，即将吸附塔内气体排至大气从而使压力迅速降低至常压，使分子筛吸附的氧气、二氧化碳和水分从分子筛内释放出来的过程。
3．苏净PSA制氮装置有如下方面的优势：
3.1关键技术及产品
Ø 先进的吸附器结构和PSA工艺流程设计
Ø 完美的PSA工艺程序设计
Ø 旋风蜂窝式气体分布结构
Ø 暴风雪式分子筛装填工艺技术及可靠的自动压紧方式
Ø 关键部件全部选用国际知名品牌的产品
3.2．先进的吸附器结构和PSA工艺流程
结合德国Carbotech公司及美国APCI公司先进的吸附器结构设计和优化的丁字型变压吸附流程，确保碳分子筛的效率与寿命的最佳结合，属当今气体分离行业中的领先技术水平。
3.3．氮气制取系统的独特的PSA工艺程序设计
3.3.1、 开机程序
制氮机开机启动后进入开机程序。开机程序为两吸附塔按照吸附周期进行切换，但不输出氮气至氮气工艺罐。目的是使两吸附塔内的碳分子筛适应吸附工况，避免开机初始碳分子筛再生不彻底，造成每次开机后达到纯度正常时间延长并且增加碳分子筛的吸附疲劳强度。开机程序时间约为1分钟。
3.3.2运行程序
开机程序结束后自动进入运行程序。运行程序为两吸附塔按照吸附周期进行切换，同时输出氮气至氮气工艺罐。A塔进气吸附输出氮气，B塔解吸再生；A塔吸附及B塔再生结束后，AB塔均压；均压后 B塔进气及氮气回流后吸附输出氮气，A塔解吸再生。运行程序以约1分钟周期循环进行。
3.3.3、关机程序
当由于其他因素要求停机时，按启动停止按钮自动进入关机程序。进入关机程序后制氮机并非立即停止工作。首先吸附塔停止进气及输出氮气；第二步A塔B塔同时放空解吸。关机程序时间为1分钟左右。采用关机程序可避免残留在吸附塔内的氧气被碳分子筛长期吸附直至下次开机，从而可降低碳分子筛的吸附疲劳强度延长碳分子筛的使用寿命。
采用以上控制工艺后,可进一步保障碳分子筛的使用寿命,缩短开机时间.
3.4、旋风蜂窝式气体分布结构
旋风蜂窝式气体分布结构，气体分布均匀，是吸附塔按最佳高径比设计的前提；采用此技术有效地避免了气流对碳分子筛的局部冲击，大大延长了碳分子筛的使用寿命；同时避免了隧道效应，保证气流均匀的通过碳分子筛床层，提高了碳分子筛的利用率。
3.5、暴风雪式分子筛装填工艺技术
采用德国Carbotech公司暴风 分子筛装填密度提高了5%，大大减少碳分子筛之间的空隙，有效地控制住因分子筛相互间的碰撞而造成的粉化现象。两种装填工艺对比见下表：
项 目
振动式
暴风雪式
说 明
装填密度(kg/m3)
620 - 680
700－720
实践数据
装填均匀度
有隧道效应
均匀一致

同时再采用德国技术的自补偿式压紧方式可以：
· 分子筛装填密度大，防止流化现象并延长了分子筛使用寿命，正常使用寿命可达5-8年；同时不用再补充或添加分子筛；
· 分子筛均匀紧密，避免了隧道效应，保证气流均匀通过工作床层，使分子筛得以充分利用，提高了产氮效率；并同时消除了分子筛突然下沉现象的发生。碳分子筛的选用（99.9%变压吸附制氮机）
碳分子筛是一种以天然椰壳或煤粉为原料，经特殊的粉化、造孔、加工而成的专门用于提纯空气中的氮气的专用吸附剂，分子筛的比表面积大，其孔径分布非常集中均匀，只比氧分子直径略大，因此非常有利于对空气中氮氧的分离。
下面以99%纯度的制氮机为例作如下对比：
序
对比内容
进口
国产
1
堆密度
0.70t/m3
0.65t/m3
2
颗粒直径
1.8~2.0nm
2.1~2.2nm
3
硬度及强度
≥130N/颗
≥130N/颗
4
产氮率（m3/t）
220
185
5
回收率（N2/N2）
60%以上
38%
6
使用寿命
5年以上
3年以上
从以上对比，苏净公司工程师认为进口碳分子筛的性价比较国产分子筛高故本制氮机的碳分子筛选用进口碳分子筛。
3.6关键部件全部选用国际知名品牌的产品
如切换阀门选用德国宝德公司的产品平均无故障工作在100万次，碳分子筛选用进口产品，PLC可编程控制器选用德国西门子的产品，过滤芯选用美国汉克森产品。
3.7 使用优势
本制氮装置主要应用了以上技术及产品后，以解决常规PSA制氮系统存在的缺陷，从而提高了制氮设备的可靠性与使用寿命及氮气回收率等. 从开机到出合格氮气的时间为15分钟以内, 氮气出口压力波动范围在0.1Mpa以内

第五部分.设备装置技术参数
一.压缩空气系统:
1.螺杆式空气压缩机（风冷）：
型 号：GA18P-8.5
排 气 量：3.13m3/min
排气压力：0.85Mpa
电 源：3Φ380V/50Hz
功 率：18kW
供 应 商：阿特拉斯.科普柯(无锡)压缩机有限公司
2.压缩空气缓冲罐（含附件）：
规 格：0.6 m3
供 应 商：上海申江压力容器有限公司

二.压缩空气净化系统
1.高温型冷冻式干燥机（风冷）：
型 号：RD-3HA
工作能力：3.6m3/min
压力露点：2-10℃
电源电压：2F220V/50HZ
功 率：1.0kW
供 应 商：杭州超滤净化设备有限公司
2．三级过滤器(带压差表、自动排水器)
HC-3级离心式过滤器
HT-3级主管路过滤器
HA-3级微油污过滤器
残留油份:0.01ppm
过滤精度:0.01um
供 应 商：苏州苏净保护气氛有限公司

三．PSA变压吸附制氮装置及纯化装置
1.30Nm3/h变压吸附空分制氮装置
型 号: FD-30-39
氮气流量: 30Nm3/h
氮气纯度: ≥99.9%(无氧含量)
氮气露点：≤-40℃
功 率: 1.0KW
本装置具备的功能:
*阀门切换由可编程序控制器自动控制
*普氮纯度在线监测
*碳分子筛自动压紧功能
*阀门工作状态显示功能
供 应 商：苏州苏净保护气氛有限公司

四.氮气储罐（含附件）：
规 格： 5m3
供 应 商：上海申江压力容器有限公司

第六部分.供货明细
◆压缩空气系统
螺杆式压缩空气机
GA18P-8.5
1台
阿特拉斯.科普柯（无锡）压缩机有限公司
压缩空气缓冲罐
0.6m3
1只
上海申江（含附件）
◆压缩空气净化系统
高温型冷冻式干燥机
RD-3HA
1台
杭州超滤净化设备有限公司
主管路过滤器
HC-3
1只
苏 净
微油污过滤器
HT-3
1只
苏 净
超高效过滤器
HA-3
1只
苏 净
自动排水器

3只
苏 净
压差表

3只
苏 净
◆30Nm3/h变压吸附制氮装置
活性炭吸附器
内装活性炭
1只
苏净技术-专业厂家制作
吸附器

2只
苏净技术-专业厂家制作
碳分子筛

若干
苏净配置
气动角式阀

8只
德国宝德
先导电磁阀

8只
德国宝德
触摸屏
7〞
1只
台湾威伦
PLC控制器

1只
德国西门子
氧分仪

1台
浙江南加
单联气源处理件

1只
台湾亚迪克
取样减压阀

1只
台湾亚迪克
电控部分

1套
苏 净
直流24V电源

1只
台湾明韦
流量计

2只
常州热工
消音器

1只
苏 净
氮气工艺罐

1只
苏净技术-专业厂家制作
压力表

4只
苏州庆丰
其他必要的阀门及管道

1套
苏 净
◆氮气储罐
氮气储罐
5m³
1只
上海申江（含附件）

第七部分. 双方责任
1.卖方责任
1.1.设备工艺、结构、电器过程控制设计，包括工艺流程、工艺参数；
1.2.卖方负责提供合同要求的整套设备，运输前设备及备件均应齐备；
1.3.卖方负责提供有关的技术资料；
1.4.卖方负责设备现场指导安装；
1.5.卖方负责设备的现场调试，试车（买方配合）；
1.6.卖方负责现场培训买方人员。
2.买方责任
2.1.土建基础、照明等工厂设计、施工；
2.2.现场设备摆放场地设计及施工：
(1).安装现场应清洁，平整，吊车或叉车容易到达。
(2).安装现场通风良好。
2.3. 在卖方设备到货后，买方负责设备的装卸、就位及保管，具备条件后提前通知卖方人员到现场进行指导安装、调试并进行人员培训，达到验收条件时，买方应及时组织对设备进行验收。
2.4. 设备现场安装
(1).卖方负责设备整体系统管道及电缆安装；
(2).卖方负责装置外电控和控制电缆；
(3).卖方负责设备进出口及设备间的系统管道材料及阀门；

第八部分.人员培训、技术及售后服务
1.人员培训
苏净公司将免费对买方工程师及操作、维修人员进行现场操作、维修及调试培训，内容包括运行程序、非正常工况下的应急处理、安全措施等。
2.现场技术服务及服务承诺
a对装置在安装、调试、投料运行过程中苏净公司都将派出有丰富经验的专业技术人员到现场进行技术指导，以确保装置施工顺利、运行正常。
b苏净公司有责任对所提供的技术和装置保证做到经济、先进、成熟，以达到买方获得最大经济效益的目的。
c苏净公司严格按本工程进度执行。
d苏净公司将严格履行合同，负责将供货范围内的全部货物保质保量包装、按时发运到用户指定的到站地点。
e苏净公司将按劳动部规定的要求及时间向用户提供本装置中压力容器质量证明的全部资料。
3. 装置保用及售后服务
苏净公司对提供的装置硬件保用一年，保质期从装置验收之日起12个月或货到18个月，两者以先到为准。在保质期间，因我公司提供的设计、工艺、制造或材料缺陷及所有由我司责任引起的任何缺陷、故障和损坏，均由我司无偿负责处理。在质量保质期内，无偿提供和更换非买方损坏的设备和备件。若装置在运行中出现故障，我司在收到故障通知后2小时内给予明确答复，保质期外，常年定期质量跟踪，掌握装置运行情况，长期有偿优惠提供备件。

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