信然PSA-99.999N-25变压吸附(PSA)制氮装置技术方案

技术优势和背景

1.制氮机及其附属设备应是成熟的、先进的、并具有制造相同处理量范围且成功运行的实践经验。不使用实验性的设计和部件。

2. 制氮机在使用寿命应保证长期安全稳定的运行，维护方便.24小时可到达目的地。

3.按国家标准测量距设备1m远，离地1m高的地方检测噪音值≤80dB(A)。

4. 制氮机的气动切换阀使用美国宝德品牌，保证无故障运行100万次。

5.吸附塔低部须设置有两极气流分布结构，并说明其结构原理。

6.吸附剂采用压紧混合填装方式，吸附剂寿命要保证在正常工况下使用5年以上。

7.控制系统采用PLC可编程控制系统(如SIEMENS等)，可多台机组联网控制，并与空压机联网控制，能显示设备的各个运行参数、状态及故障信号，能自动处理负荷变化，纯度不达标具有互锁全自动控制，超压，超温，过滤器污染，报警及过载，缺相，负压，漏电，换相隔离等控制功能，控制系统设备液晶显示控制面板，除显示功能外，还能在面板上方便灵活的进行参数设定的控制。

分子筛装填的技术优势 

氮气技术指标 

1. 根据贵司使用要求，气体分离设备有限公司编制氮气系统技术文件，并为本技术文件的真实性和严谨性负责；本技术文件所执行的术语、单位均符合中华人民共和国相关标准；

设备技术规格表

供氮系统技术方案

u 制氮系统工艺流程概述：

本套制氮系统为变压吸附制氮工艺技术，采用 0.8 兆帕的压缩空气利用碳分子筛进行吸附氧分子从而制取氮气99.999%。具体设备工艺流程如下：

首先压缩空气系统的螺杆空气压缩机排出满足设备需求的空气压力和流量。然后经过空气净化系统进行除水除油处理而后进入空气缓冲罐为制氮机吸附制氮提供满足压力与流量的压 缩空气；然后进入制氮机吸附塔进行轮换吸附制氮，经制氮机后氮气纯度为 99.999%，满足客户用气需求 。

1、制氮系统设备具有如下特点： 

A.制氮机的碳分子筛采用国际领先的武田分子筛 ，拥有更高的吸附率和耐疲劳强度，并采用的多频震动装填工艺，先进的工艺技术流程使得制氮机稳定可靠运行10年以上；

B.本系统为全自动无人操作系统，大大简化了工作流程，减少了人力投入和其它一些相关工序。从安全角度考虑并配备完善了故障报警及应急连锁功能，保证系统 24 小时不间断运行。

C.关键技术和技术优势设计说明

关键技术   本制氮装置主要应用了以下四项技术，以解决常规PSA制氮系统存在的缺陷，从而提高了氮气回收率和系统运行的可靠性。 1)先进的吸附器结构和PSA工艺流程 2)旋风蜂窝式气体分布结构 3)多频震动分子筛装填工艺技术 4)独特的氮气稳流塔设计

先进的吸附器结构和PSA工艺流程 采用德国Carbotech公司先进的吸附器结构设计和优化的变压吸附流程，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。

旋风蜂窝式气体分布结构   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。

多频震动分子筛装填工艺技术   根据德国Carbotech公司暴风雪式分子筛装填工艺技术，独创多频震动的分子筛填装工艺，确保吸附塔内碳分子筛装填均匀紧密、无死角；与其它装填方式相比，碳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。

独特的氮气稳流塔设计 采用日本大洋酸素技术设计的独特氮气稳流塔，达到了稳定氮气出口压力，控制气体流速，消除纯度波动的目的，并缩短了制氮装置的启动时间。

特点简介 1、压缩空气进入吸附塔前加装活性炭除油器，使原料空气含油量小于0.03ppm，确保分子筛的长期寿命。各级滤芯在更换时，制氮机无需停机，极为方便,保持设备运行的连续性。

2、采用技术先进的碳分子筛、国际先进的气体分布结构、德国卡波特暴风雪式分子筛装填工艺、确保分子筛不粉化，严格保证氮气的纯度等。使设备总体运行寿命达8～10年。

3、吸附塔内装有特殊的莲蓬状气流分布器，使气流扩散时呈“S”形流动，避免压缩空气对分子筛的直接冲击，使吸附的面加大，延长分子筛的寿命以及提高了氮气的纯度。

4、氮气缓冲罐采用日本太阳公司技术，为不可逆式缓冲罐，使制氮装置结构更紧凑，氮气出口压力波动最小。避免为减少压力波动而选用庞大缓冲罐的做法。

5、PLC可编程控制器选用德国西门子，性能可靠。

6、制氮机带有直观的面板流程显示（切换阀门状态显示）

7、所有管路以及容器，都做了隔磁处理，且所有直接与气体接触的阀门管件，均不使用铜为材料

8、本系统设备终端带有高纯气除尘装置，确保氮气出口含尘量小于1um

2、制氮系统各分体设备主要技术参数指标

2.1、压缩空气及净化系统工艺流程概述：

首先装配一台螺杆空气压缩机，然后压缩空气经过串联的气水分离过滤器与主管路过滤器过滤除去压缩空气中的粉尘杂质与水份，而后再经过冷冻式干燥机进行深度的除水干燥；露点即可达到-23℃来保障碳分子筛吸附时对水份的要求，然后进入活性炭吸附器进行除油过滤，活性炭须进行压紧处理以增强吸附面积及过滤效率，经过活性炭吸附器后残余油份小于 1ppb；然后再经过高效除油过滤器对压缩空气进行高精度（0.001μm）过滤，经过滤后残油含量可达到 0.001 ppm  w/w，从而 保证了压缩空气的清洁度和洁净度，防止碳分子筛分子微孔阻塞，使碳分子筛寿命延长！然后气体进入压缩空气缓冲罐进行缓冲储存，罐体选型大小要保证制氮机吸附切换时瞬间消耗 大量空气的需求，保障制氮机吸附时有充足的空气流量及压力。

贵司的用气为瞬间和间断性用气比较多，要考虑到空压机共用原则，在制氮机不用的时候需要自动关机不需要消耗空气，加装5立方储气罐工作压力要求为8公斤，氮气纯度99.999%即可。所以一只储罐的容量为5立方气体。在充满后主要是考虑到漏气后补气需要但是如果贵司实行压力稳定自动供气，因为吹扫的时候是瞬间用气，所以气体流量要瞬间要求较大，然后不用，一般一炉大概用气为7-8立方一次，一次大概为10-20分钟左右，制氮机设计不需要按照这个来设计，只要够20分钟的用气就可以。我们说的小牛拉大车的原则。

我们建议贵司在贵司的储罐和进气阀门实现压力自动控制。如果长时间不要氮气氮气储罐可以设定高压自动关闭制氮机，低压按照贵司要求来设定。低压打开制氮机。这样看贵司用气量大小，中间间隔时间有多长。贵司自行斟酌储罐大小。

1.PSA 技术具有以下优点

变压吸附（Pressure   Swing   Adsorption，简称 PSA）是一种先进的气体分离技术，它在 当今世界的现场快速供气及对比节约成本方面具有不可替代的地位。

u 产品纯度可以随流量的变化进行调节；

u 在低压和常压下工作，安全节能；

u 设备简单，维护简便；

u 微机控制，全自动无人操作。

2.PSA 制氮吸附剂

吸附剂是 PSA 制氮设备的核心部分，通常 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；利用此特性来制取氮气最快速也最经济！

3.变压吸附原理

PSA 是一种先进的气体分离技术，以优质碳分子筛（CMS-240）为吸附剂，采用常温下变 压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。

氧、氮两种气体分子在分子筛表面上的扩散速率不同，直径较小的气体分子（O2）扩散速率较快，较多的进入碳分子筛微孔，直径较大的气体分子（N2）扩散速率较慢，进入碳分子筛微孔较少。利用碳分子筛对氮和氧的这种选择吸附性差异，导致短时间内氧在吸附相富 集，氮在气体相富集，如此氧氮分离，在 PSA 条件下得到气相富集物氮气。

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，这一过程为再生。根据再生压力的不同，可分为真空再生和常压再生；常压再生利于分子筛的彻底再生，易于获得高纯度气体。

4.PSA 制氮工艺工作方式：

通常使用两吸附塔并联，由全自动电脑 控制系统按特定可编程序严格控制时序，交替进行加压吸附和解压再生，完成氧氮分离，获得所需高纯度的氮气。

PSA 碳分子筛制氮装置中有两个装满碳分子筛的吸附塔，洁净、干燥的压缩空气进入变压吸附制氮装置，流经装填有碳分子筛（CMS-240）的吸附塔。压缩空气由下至上流经吸附塔，利用分子筛在不同压力下对氮和氧等的吸附力不同，氧气、水、二氧化碳等组份在碳分子筛表面吸附，未被吸附的氮气在出口处被收集成为产品气，由吸附塔上端流出，进入缓冲罐；经一段时间后，吸附塔中被碳分子筛吸附的氧达到饱和，需进行再生。再生是通过停止吸附步骤，降低吸附塔的压力来实现的。已完成吸附的吸附塔短期均压后开始降压，脱除已吸附的氧气、水、二氧化碳等组份，完成再生过程。两个吸附塔交替进行吸附和再生，从而产生流量和纯度稳定的产品氮气。两只吸附塔的切换由 PLC 控制的程控阀气动阀自动完成；

变压吸附制氮装置的性能优劣取决于吸附碳分子筛、自动控制器、程控气动阀、电磁阀等硬件组件的性能以及工艺流程、吸附塔结构、装填压紧工艺等技 术力量支持！

5.制氮 PSA 制氮装置的优势：

a.先进的吸附器结构和 PSA 工艺流程设计； 

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，确保碳分子筛的吸附效率与寿命的最佳结合，在当今气体分离行业中处于领先技术水平。

b.完美的 PSA 工艺程序设计；

PSA 制氮由多年技术探索与现场工程技术调试相结合并联合国内大中院校师资力量和斥 资引进国外较为先进技术成果，一直坚信不断技术创新，才能盛久不衰！

u 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 5分钟。

u 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 10s 周期循环进行

u 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。

c.PSA 制氮装置关键部件全部选用国际知名品牌的产品

u 碳分子筛的选用：选用知名品牌武田碳分子筛 ；其氧分子吸附性能均是世界前列。（性能指标见附件）

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。

程控气动阀门选用宝德气动阀阀体平均无故障工作在 200 万次，故障率相比同类产品降低    

u 采用台湾亚德客系列气动元件：动作次数达 100 万次不泄露的电磁阀；可靠的气源三连件等。 

u 采用上海昶艾分析仪表：测量精度达 0.1%；可靠的内置型进口电极寿命大大延长,可连 续可靠工作 5 年以上，无需更换氧电极。 

u 可编程控制器选用德国西门子 ！ 

本方案未及陈述的部分均执行国家现行标准和规范、规程。

第七章  售后和服务体系        

 一、双方设计内容 

1、甲方设计 

1） 土建基础设计； 

2） 系统外部管道设计；

3) 系统电缆敷设走向设计；

4）厂房及控制室设计；

      5）给排水系统设计；

6） 照明设计；

二、双方责任 

1、乙方责任 

1  乙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； 

2  乙方负责提供有关的技术资料； 

3  乙方负责设备指导安装；

 4  乙方负责系统设备的现场调试，试车（甲方配合）； 

5  乙方负责现场培训甲方人员； 

6  乙方代办运输； 

7  乙方负责制氮设备内部电缆。 

2、甲方责任 

2．1、甲方负责提供合乎以下要求的安装场地： 

1）安装现场应清洁，平整，吊车或叉车容易到达并进行就位。

     2）安装现场通风良好。

四、气体分离设备有限公司的服务体系 

7.1  售中工程服务 

（1）.乙方负责提供技术先进、性能优良的设备。 

（2）.乙方负责提供相关的技术资料(设备基础布置图,使用说明书,工艺流程图,电器原理图,电器接线图,设备装配图,装箱清单)及咨询。 

（3）.乙方负责进行设备的系统现场布置设计。 

（4）.乙方负责现场指导甲方安装并对设备进行调试。 

（5）.乙方负责对设备现场人员进行培训，基本使操作人员达到： 

a.甲方能独立进行系统设备的操作使用。 

b.甲方能独立进行系统设备电气的日常维护和常见故障的解决。 

c.甲方能独立进行设备机械的日常维护和常见故障的解决。 

7.2  售后的质保承诺 

全套系统设备的质保期自设备从生产厂启运30个月，或从验收合格计24个月， 以两者先到期为准，在此期限内，乙方所提供的设备及部件因质量问题所出现的破损维修或更换所发生的费用由乙方承担，由于错误操作及使用不当而造成的设备破损或更换，所发生的费用由甲方承担。 

7.3  售后的服务承诺 

7.3.1 客户管理关系(CRM)的建立 

（1）.乙方建立用户档案，便于协助甲方进行设备管理（如不同工艺的设备的合理使用方法）。 

（2）.便于定期提醒甲方更换易损件，检查设备及注意事项（如以传真、电子邮件等形式提醒合理使用和保养设备）。 

7.3.2 定期回访服务 

（1）.定期（每月）专人专项以电话的形式进行产品跟踪服务调查及售后服务意见征询。 

（2）.乙方定期（每年）专人专项进行登门走访，并免费帮助甲方解决现场疑难问题。（如有设备备件更换，质保期外仅收取材料成本） 

7.3.3 紧急故障排除 

（1）售后电话：400-110-9566

（2）.当设备发生故障之时起，乙方服务热线 24 小时在线。

7.3.4系统终身服务

（1）.乙方提供设备的终身免费技术咨询与服务 

（2）.乙方提供系统设备的终身备品备件的供给（质保期以外仅收取材料成本） 

7.4  其他服务 

甲方作为乙方的重点工程,在乙方组织的每年一次的检查系统设备运行情况过程中，检查分子筛是否粉化、阀门磨损情况等等。