美国联合碳化物公司的膜分离制氮技术
膜制氮操作方法
温控仪氮气分析仪电流表电源指示工作指示暖风机取样压力取样调压取样流量计氮气切换阀空气PERMEA柏美亚Prism 普里森膜一、膜分离制氨概述：膜分离制氮机采用美国柏美亚(PERMEA)公司制造的普里森(PRISM)膜分离技术，可以从空气中分离并回收氮气，压缩空气作为原料气通入膜分离制氮机后，可以很快生产出合格的氮气，该机操作简便，维护工作量少，运行稳定可靠，近二十、三十年来，在世界上得到很快的发展，有人将膜技术的应用称为“第三次工业革命”膜技术在为人类带来巨大的利益。
二、典型用途2．1 冶金和金属工业粉末冶金烧结过程的保护气，光亮退火，淬火加热渗氮共渗，软氮化，氮基气氮垫处理的氮源，复合吹氮炼钢，炼钢转炉密封，连铸、连轧，钢材退火保护气氮等。
2．2 化学和石油化工业吹洗容器，管道和隔离室。
合成纤维纺线，设备防腐催化剂再生，石油分馏，氮肥原料，触煤保护轮胎的生产等。
2．3电子工业大规模集成电路，彩色与黑白显像管，电视机与收录机零部件制造半导体和电器用气体，电子元件生产和激光打孔的氮基气象。
2．4食品工业食品包装用的气体，酒、啤酒、果汁贮存与清除，粮油食品、茶叶、中草药的常温贮藏及抑制害早虫，水果、蔬菜在适宜温度下的长期保鲜等。
三、膜分离制氮机工作原理3．1膜制氮机原理。
两种或两种以上的所体混合物通过氮分子膜时，由于各种气体在膜中的溶解度种扩散系数的差异，导致不同气体在膜中相对渗透率有所不同。
根据这一特性，可将气体分为“快气”和“慢气”。
当混合气体在驱动力-膜两则压差的作用下，渗透速率相对较快的气体如水、二氧化碳等渗透膜后，在膜渗透侧被富集，而渗透速度相对慢的气体如氮气、一氧化碳、氩气等则在三带留侧被富集，从而达到混合气体分离之目的。
当以加压净化为气源时，氮气等惰性气体被富集成高纯度供生产使用，由渗透侧排空的为富氧空气H2O，CO2，O2，Ar N2 CD “快”相对之渗透速率“慢”。
3．2膜分离制氮机气体流程图3．3压缩气源：氮气分离器尽量采用独立的氢源即空压机。
PSA制氮用碳分子筛简介[1]
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PSA制氮用碳分子筛简介关键字：PSA制氮,碳分子筛二十世纪五十年代，伴随着工业革命的大潮，碳材料的应用越来越广泛，其中活性碳的应用领域扩展最快，从最初的过滤杂质逐渐发展到分离不同组份。
与此同时，随着技术的进步，人类对物质的加工能力也越来越强，在这种情况下，碳分子筛应运而生。
六十年代，碳分子筛在美国最先制造成功并很快推广应用，最初，碳分子筛是被用作从空气中分离氧气的吸附剂，后来逐渐应用在制取氮气的装置上。
到了七十年代未、八十年代初，世界各国对氮气的需求量不断增加，而变压吸附制氮技术也逐渐成熟起来，进一步推动了碳分子筛制造技术的发展。
到了一九八二年，美国和日本的氮气产量相继超过了氧气，此时，变压吸附制取的氮气已经占氮气总产量的18%左右，由于变压吸附制氮所占的市场份额越来越大，世界各主要工业国家都投入了资金研发变压吸附用碳分子筛，其中，美国、日本、德国在技术上处于领先地位。
一直到今天，世界上主要的碳分子筛生产厂家也还是分布在这些国家。
比较著名的有美国的Calgon 公司、普莱克斯公司；日本的岩谷公司、武田公司；德国的BF公司等。
其中，美系分子筛在国内所占市场份额很小，德系和日系分子筛厂家在国内都有代理公司，因而所占市场份额也是最大的。
碳分子筛的原料为椰子壳、煤炭、树脂等，第一步先经加工后粉化，然后与基料揉合，基料主要是增加强度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃温度下通入活化剂，常用的活化剂有水蒸气、二氧化碳、氧气以及它们的混合气。
它们与较为活泼的无定型碳原子进行热化学反应，以扩大比表面积逐步形成孔洞活化造孔时间从10～60min不等；第三步为孔结构调节，利用化学物质的蒸气：下面以一粒分子筛为例，简单了解一下它的内部的孔结构：在分子筛吸附杂质气体时，大孔和中孔只起到通道的作用，将被吸附的分子运送到微孔和亚微孔中，微孔和亚微孔才是真正起吸附作用的容积。
我们知道，利用碳分子筛变压吸附制氮是靠范德华力来分离氧气和氮气的，因此，分子筛的比表面积越大，孔径分布越均匀，并且微孔或亚微孔数量越多，吸附量就越大；同时，如果孔径能尽量小，范德华力场重叠，对低浓度物质也有更好的分离作用。
膜分离制氮
膜空分制氮系统包含以下主要设备：1）空压机为制氮装置提供足够气源，空压机排气压力和排气量以膜组件的工况要求为依据。
2）空气预处理空气预处理是为了除去压缩空气中的油和水份以及大于0.1μm 的尘颗粒，减轻后续膜组件的负担。
空气预处理包括除油过滤和空气干燥二个功能。
3）膜分离装置膜分离装置的功能是将压缩空气精过滤后，经膜装置分离成氮气和富氧。
氮气达到品质要求后进入缓冲罐备用。
未达标气体从放空口排出。
膜分离过程的富氧废气通过富氧排放口排出。
4）氮气缓冲罐缓冲罐用于氮气的暂时存储和气体缓冲。
5）氮气监控系统氮气监控系统用于控制膜空分制氮装置，提供膜空分制氮装置人机操作界面、运行数据显示、报警显示等功能。
主要功能包括：一键装置启停、空压机启停、温度调节、压力调节、氮气纯度检测、氮气存储/放空转换控制、温度参数调整、压力参数调整、报警显示等。
1）、PSA制氮与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点2）、以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离叫膜分离法。
和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。
而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。
中空纤维制氮机无切换阀门等运动部件，分离过程无相变，所以运行平稳无噪音、故障率低、可靠性好、能耗小。
根据GB/T 7392-1998（集装箱的技术要求和实验方法）气密试验，对只开设一个箱门的保温集装箱，其漏气率按标准状态计，不应超过10m3/h,每增设一个箱门（如侧开门）的漏气率允许增加5m3/h。
我们假设集装箱开设2个箱门，则其漏气率为15m3/h。
膜分离和碳分子筛制氮-概述说明以及解释
膜分离和碳分子筛制氮-概述说明以及解释1.引言1.1 概述膜分离和碳分子筛制氮是当前广泛应用于气体分离领域的两种重要技术。
膜分离是通过选择性通透性较好的膜材料，利用分子间的差异使不同组分通过膜材料时产生浓度差，从而实现组分的分离。
而碳分子筛制氮则是利用碳分子筛对空气中的氧气和氮气进行分离，通过选择性吸附氧气而使氮气得以纯化。
膜分离技术具有具有分离效率高、操作简单、设备体积小等优势。
它广泛应用于气体分离、水处理、制备纯净气体等领域。
膜分离的原理基于物质分子的有效扩散和溶解透过性，通过选择合适的膜材料和适宜的工艺条件，可以实现不同气体组分的分离纯化。
碳分子筛制氮则是一种利用碳分子筛材料对气体进行选择性吸附分离的技术。
碳分子筛是由均匀的碳纳米管和孔隙结构组成的材料。
它具有较高的表面积和丰富的微孔结构，使得其能够选择性吸附氧气而排除氮气。
通过调节工艺条件和碳分子筛材料的特性，可以实现对气体的高效纯化。
本文将重点探讨膜分离和碳分子筛制氮的原理和应用。
首先介绍膜分离技术的基本原理和常见的应用领域，然后深入分析碳分子筛制氮的性质和制氮机理。
通过对两种技术的比较和分析，可以为气体分离领域的研究和应用提供参考和指导。
1.2 文章结构文章结构是指文章的布局和组织方式。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了文章的背景和研究的目的。
通过对膜分离和碳分子筛制氮的介绍，引发读者的兴趣，并明确了本文的研究目的。
正文部分分为两个主要部分：膜分离和碳分子筛制氮。
其中，膜分离部分首先介绍了膜分离的原理，即利用不同物质在膜上的传输速率差异实现分离的方法。
接着，列举了膜分离的应用领域，如饮用水处理、气体分离等。
此部分的目的是详细介绍膜分离技术的基本原理和实际应用。
碳分子筛制氮部分首先介绍了碳分子筛的性质，包括高比表面积、孔径可调等特点。
然后，阐述了碳分子筛制氮的机理，即通过选择性吸附氮气分子实现氮气的分离提纯。
此部分的目的是介绍碳分子筛在氮气制备中的应用原理和机制。
膜分离制氢机介绍
中空纤维氢膜分离原理
膜分离制氮氢原理
中空纤维膜分离器是用数以万计高分子材料制成的中 空纤维丝聚合而成的膜组件。 空纤维丝聚合而成的膜组件。依靠不同气体在膜中溶解和 扩散系数的差异、不同渗透速度来实现气体的分离。 扩散系数的差异、不同渗透速度来实现气体的分离。当混 合气体在驱动力―膜两侧压力差的作用下，渗透速率相对 合气体在驱动力 膜两侧压力差的作用下， 膜两侧压力差的作用下 快的气体(如水汽、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等 透过 快的气体 如水汽、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等)透过 如水汽 膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对慢的气体 如 膜后，在膜的渗透侧被富集，而渗透速率相对慢的气体(如 氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等 被滞留在膜的滞留侧被富 氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等)被滞留在膜的滞留侧被富 从而达到混合气体分离的目的。 集,从而达到混合气体分离的目的。 从而达到混合气体分离的目的
Prism 氮膜 氮膜PA4050-P1 46℃ ℃
PA405046℃） PRISM® PA4050-P1 （46℃） 产品氮气流量（ /Hr） 产品氮气流量（Nm3/Hr） 压力 barg 11.7 氮气纯度（ 氮气纯度（%） 99.9 2.65 99.5 5.03 99 6.9 98 10 97 12.8 96 15.7 95 18.7
膜分离制氮机外型图
膜分离制氮机工艺流程图
膜分离器安装方式
温度、压力对产气量、 温度、压力对产气量、纯度的影响
温度
正常使用温度： 正常使用温度： 45℃ ～ 50℃ ℃ ℃ 温度增加： 温度增加：产气量 ↑ 纯 度 ↑ 耗气量 ↑ 温度过高：老化 寿命 寿命↓ 温度过高：老化↑寿命
压力
正常使用压力： 正常使用压力： 1.0 MPa ～1.25 MPa 压力增加： 压力增加：产气量 ↑ 纯 度 ↑ 耗气量 ↑
膜分离器 空分 制氮
膜分离器空分制氮膜分离器是一种利用膜的选择性渗透性分离技术。
它通过在不同物质之间形成膜层，利用膜的渗透性选择性，将混合物中的不同组分分离出来。
膜分离器广泛应用于空分和制氮等领域。
在空分领域，膜分离器被用于将空气中的氧气和氮气分离出来，实现制取高纯度氮气的目的。
空气中含有大约78%的氮气和21%的氧气，而空分技术可以将它们有效地分离出来。
膜分离器作为空分技术的一种重要手段，具有结构简单、操作方便、能耗低等优点，被广泛应用于工业生产中。
膜分离器实现空分的原理是利用不同气体在膜上的渗透性差异。
膜的材料通常采用聚合物膜、无机陶瓷膜或金属膜等。
在膜分离器中，通常有两个膜层，空气流经膜层时，由于氧气分子在膜上的渗透性大于氮气分子，所以氧气会通过膜层而进入另一侧，而氮气则被截留在膜层一侧，从而实现了氧气和氮气的分离。
膜分离器在制氮领域也得到了广泛应用。
在很多工业生产过程中，需要高纯度的氮气。
传统的制氮方法主要有吸附法、膜分离法和化学法等。
而膜分离器由于具有结构简单、运行成本低等优点，被越来越多地应用于制氮过程中。
制氮过程中，空气首先通过压缩机增压，然后经过空气预处理设备进行净化处理，去除空气中的尘埃、油脂和水分等杂质。
接下来，空气进入膜分离器，通过膜层的渗透作用，将其中的氧气和其他杂质分离出来，得到高纯度的氮气。
最后，氮气经过冷却和净化处理后，可以用于各种工业生产过程中。
膜分离器在空分和制氮中的应用具有很大的优势。
首先，相比传统的吸附法和化学法，膜分离器的结构更加简单，操作更加方便，不需要使用吸附剂或添加化学药剂，减少了工艺流程和设备投资。
其次，膜分离器的能耗较低，运行成本更加经济。
此外，膜分离器还具有较高的分离效率和稳定性，可以实现连续稳定的气体分离。
然而，膜分离器也存在一些挑战和限制。
首先，膜分离器对气体中的杂质敏感，特别是对于油脂和水分的敏感性较高，需要进行预处理。
其次，膜分离器的分离效果受到温度、压力和气体组成等因素的影响，需要进行参数的优化和控制。
膜制氮技术及在油田的应用
膜制氮技术及在油田的应用西梅卡亚洲气体系统成都有限公司销售总监 汪治平1前言工业化革命以来， 氧、氮的供应一直依赖于深冷空分技术，该技术耗电量大，启停不方便，生产成本高，生产建设周期长而且设备固定不能移动。
经过各国的科研人员不懈的努力在20世纪后期，常温气体分离技术（膜分离和变压吸附）有了长足发展，其中膜分离技术由于其技术更先进， 特别为油田行业带来了全新的氮气应用。
目前在油气行业膜分离制氮的应用包含：1）气体钻井；2）石油三采；3）油/气管道吹扫。
膜在大自然中，特别是在生物体内的存在是广为人知的，早在1748年人类就发现了渗透现象---水会自发的扩散穿过猪膀胱而进入到酒精中。
膜分离制气技术真正在工业上开始应用开始于20世纪70年代，得于化学工业的发展，新材料的不断涌现。
1979年Monsanto 开发了用于H2/CO2气体分离的膜， 紧接着， 美国陶氏（Dow ）化学公司经过多年的专心致力与氮气膜的研究，开发出高分子材料的中空纤维均质氮气膜（Generon 膜）；在90年代美国捷能（Generon ）公司研发出高压（2.4MPa ），高纯度(≥99.5%)，高分离效率（57%）的氮气膜；引领了氮气膜技术的发展，迎来了膜分离技术的黄金发展期。
目前， 制氮膜技术主要掌扼在美国人手中， 其品牌为： 捷能（Generon ）、普里森（Prism ）、麦道（Medal ）； 其它还有日本的羽布（Ube ）； 荷兰的（Parker ）。
2 膜分离原理膜分离的核心是利用了空气中不同组分在高分子材料上的扩散系数的大小不同而到达气体分离的物理过程.其分离原理如下图所示.气体在有机膜的表面遵循下列公式中所描述的溶解、扩散渗透原理进行气体的分离： 渗透速度：q= U ∆P S / L选 择 性：α=Ua / Ub公式中：S —膜面积；L —膜厚度；U —渗透系数；α—分离因数(系数)； ∆P —压差；q —渗透速度Ua Ub —混合气体中不同组份的渗透系数可以看出: 膜制氮的好坏和膜的材料(决定了渗透系数即扩散系数), 膜的壁厚, 运行时的压力等有关。
psa制氮工艺说明
PSA制氮机
名词解释
PSA全称：Pressure Swing Adsorption，中文意思为：变压吸附。
PSA是一种新的气体分离技术，自60年代末70年代初在国外已经得到迅速的发展，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。
工艺概述
目前在制氮、制氧领域内使用较多的是碳分子筛和沸石分子筛。
分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在分子筛表面的扩散速率不同，碳分子筛是一种兼具活性炭和分子筛某些特性的碳基吸附剂。
碳分子筛具有很小微孔组成，孔径分布在0. 3nm ~ 1nm之间。
较小直径的气体（氧气）扩散较快，较多进入分子筛固相，这样气相中就可以得到氮的富集成分。
一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。
变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。
作用范围
以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。
此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。
与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。