信然PSA-99.999N-25變壓吸附(PSA)制氮裝置技術方案

技術優勢和背景

1.制氮機及其附屬設備應是成熟的、先進的、并具有制造相同處理量范圍且成功運行的實踐經驗。不使用實驗性的設計和部件。

2. 制氮機在使用壽命應保證長期安全穩定的運行，維護方便.24小時可到達目的地。

3.按國家標準測量距設備1m遠，離地1m高的地方檢測噪音值≤80dB(A)。

4. 制氮機的氣動切換閥使用美國寶德品牌，保證無故障運行100萬次。

5.吸附塔低部須設置有兩極氣流分布結構，并說明其結構原理。

6.吸附劑采用壓緊混合填裝方式，吸附劑壽命要保證在正常工況下使用5年以上。

7.控制系統采用PLC可編程控制系統(如SIEMENS等)，可多臺機組聯網控制，并與空壓機聯網控制，能顯示設備的各個運行參數、狀態及故障信號，能自動處理負荷變化，純度不達標具有互鎖全自動控制，超壓，超溫，過濾器污染，報警及過載，缺相，負壓，漏電，換相隔離等控制功能，控制系統設備液晶顯示控制面板，除顯示功能外，還能在面板上方便靈活的進行參數設定的控制。

分子篩裝填的技術優勢 

氮氣技術指標 

1. 根據貴司使用要求，氣體分離設備有限公司編制氮氣系統技術文件，并為本技術文件的真實性和嚴謹性負責；本技術文件所執行的術語、單位均符合中華人民共和國相關標準；

設備技術規格表

供氮系統技術方案

u 制氮系統工藝流程概述：

本套制氮系統為變壓吸附制氮工藝技術，采用 0.8 兆帕的壓縮空氣利用碳分子篩進行吸附氧分子從而制取氮氣99.999%。具體設備工藝流程如下：

首先壓縮空氣系統的螺桿空氣壓縮機排出滿足設備需求的空氣壓力和流量。然后經過空氣凈化系統進行除水除油處理而后進入空氣緩沖罐為制氮機吸附制氮提供滿足壓力與流量的壓 縮空氣；然后進入制氮機吸附塔進行輪換吸附制氮，經制氮機后氮氣純度為 99.999%，滿足客戶用氣需求 。

1、制氮系統設備具有如下特點： 

A.制氮機的碳分子篩采用國際領先的武田分子篩 ，擁有更高的吸附率和耐疲勞強度，并采用的多頻震動裝填工藝，先進的工藝技術流程使得制氮機穩定可靠運行10年以上；

B.本系統為全自動無人操作系統，大大簡化了工作流程，減少了人力投入和其它一些相關工序。從安全角度考慮并配備完善了故障報警及應急連鎖功能，保證系統 24 小時不間斷運行。

C.關鍵技術和技術優勢設計說明

關鍵技術   本制氮裝置主要應用了以下四項技術，以解決常規PSA制氮系統存在的缺陷，從而提高了氮氣回收率和系統運行的可靠性。 1)先進的吸附器結構和PSA工藝流程 2)旋風蜂窩式氣體分布結構 3)多頻震動分子篩裝填工藝技術 4)獨特的氮氣穩流塔設計

先進的吸附器結構和PSA工藝流程 采用德國Carbotech公司先進的吸附器結構設計和優化的變壓吸附流程，確保碳分子篩的效率與壽命的最佳結合，屬當今氣體分離行業中的領先技術水平。

旋風蜂窩式氣體分布結構   采用此技術有效地避免了氣流對碳分子篩的局部沖擊，大大延長了碳分子篩的使用壽命；同時避免了隧道效應，保證氣流均勻的通過碳分子篩床層，提高了碳分子篩的利用率。

多頻震動分子篩裝填工藝技術   根據德國Carbotech公司暴風雪式分子篩裝填工藝技術，獨創多頻震動的分子篩填裝工藝，確保吸附塔內碳分子篩裝填均勻緊密、無死角；與其它裝填方式相比，碳分子篩裝填密度提高了5%，大大減少碳分子篩之間的空隙，有效地控制住因分子篩相互間的碰撞而造成的粉化現象。

獨特的氮氣穩流塔設計 采用日本大洋酸素技術設計的獨特氮氣穩流塔，達到了穩定氮氣出口壓力，控制氣體流速，消除純度波動的目的，并縮短了制氮裝置的啟動時間。

特點簡介 1、壓縮空氣進入吸附塔前加裝活性炭除油器，使原料空氣含油量小于0.03ppm，確保分子篩的長期壽命。各級濾芯在更換時，制氮機無需停機，極為方便,保持設備運行的連續性。

2、采用技術先進的碳分子篩、國際先進的氣體分布結構、德國卡波特暴風雪式分子篩裝填工藝、確保分子篩不粉化，嚴格保證氮氣的純度等。使設備總體運行壽命達8～10年。

3、吸附塔內裝有特殊的蓮蓬狀氣流分布器，使氣流擴散時呈“S”形流動，避免壓縮空氣對分子篩的直接沖擊，使吸附的面加大，延長分子篩的壽命以及提高了氮氣的純度。

4、氮氣緩沖罐采用日本太陽公司技術，為不可逆式緩沖罐，使制氮裝置結構更緊湊，氮氣出口壓力波動最小。避免為減少壓力波動而選用龐大緩沖罐的做法。

5、PLC可編程控制器選用德國西門子，性能可靠。

6、制氮機帶有直觀的面板流程顯示（切換閥門狀態顯示）

7、所有管路以及容器，都做了隔磁處理，且所有直接與氣體接觸的閥門管件，均不使用銅為材料

8、本系統設備終端帶有高純氣除塵裝置，確保氮氣出口含塵量小于1um

2、制氮系統各分體設備主要技術參數指標

2.1、壓縮空氣及凈化系統工藝流程概述：

首先裝配一臺螺桿空氣壓縮機，然后壓縮空氣經過串聯的氣水分離過濾器與主管路過濾器過濾除去壓縮空氣中的粉塵雜質與水份，而后再經過冷凍式干燥機進行深度的除水干燥；露點即可達到-23℃來保障碳分子篩吸附時對水份的要求，然后進入活性炭吸附器進行除油過濾，活性炭須進行壓緊處理以增強吸附面積及過濾效率，經過活性炭吸附器后殘余油份小于 1ppb；然后再經過高效除油過濾器對壓縮空氣進行高精度（0.001μm）過濾，經過濾后殘油含量可達到 0.001 ppm  w/w，從而 保證了壓縮空氣的清潔度和潔凈度，防止碳分子篩分子微孔阻塞，使碳分子篩壽命延長！然后氣體進入壓縮空氣緩沖罐進行緩沖儲存，罐體選型大小要保證制氮機吸附切換時瞬間消耗 大量空氣的需求，保障制氮機吸附時有充足的空氣流量及壓力。

貴司的用氣為瞬間和間斷性用氣比較多，要考慮到空壓機共用原則，在制氮機不用的時候需要自動關機不需要消耗空氣，加裝5立方儲氣罐工作壓力要求為8公斤，氮氣純度99.999%即可。所以一只儲罐的容量為5立方氣體。在充滿后主要是考慮到漏氣后補氣需要但是如果貴司實行壓力穩定自動供氣，因為吹掃的時候是瞬間用氣，所以氣體流量要瞬間要求較大，然后不用，一般一爐大概用氣為7-8立方一次，一次大概為10-20分鐘左右，制氮機設計不需要按照這個來設計，只要夠20分鐘的用氣就可以。我們說的小牛拉大車的原則。

我們建議貴司在貴司的儲罐和進氣閥門實現壓力自動控制。如果長時間不要氮氣氮氣儲罐可以設定高壓自動關閉制氮機，低壓按照貴司要求來設定。低壓打開制氮機。這樣看貴司用氣量大小，中間間隔時間有多長。貴司自行斟酌儲罐大小。

1.PSA 技術具有以下優點

變壓吸附（Pressure   Swing   Adsorption，簡稱 PSA）是一種先進的氣體分離技術，它在 當今世界的現場快速供氣及對比節約成本方面具有不可替代的地位。

u 產品純度可以隨流量的變化進行調節；

u 在低壓和常壓下工作，安全節能；

u 設備簡單，維護簡便；

u 微機控制，全自動無人操作。

2.PSA 制氮吸附劑

吸附劑是 PSA 制氮設備的核心部分，通常 PSA 制氮設備選擇的是碳分子篩，它吸附空氣 中的氧氣、二氧化碳、水分等，而氮氣不能被吸附；利用此特性來制取氮氣最快速也最經濟！

3.變壓吸附原理

PSA 是一種先進的氣體分離技術，以優質碳分子篩（CMS-240）為吸附劑，采用常溫下變 壓吸附原理（PSA）分離空氣制取高純度的氮氣。

氧、氮兩種氣體分子在分子篩表面上的擴散速率不同，直徑較小的氣體分子（O2）擴散速率較快，較多的進入碳分子篩微孔，直徑較大的氣體分子（N2）擴散速率較慢，進入碳分子篩微孔較少。利用碳分子篩對氮和氧的這種選擇吸附性差異，導致短時間內氧在吸附相富 集，氮在氣體相富集，如此氧氮分離，在 PSA 條件下得到氣相富集物氮氣。

分子篩對氧的吸附達到平衡，根據碳分子篩在不同壓力下對吸附氣體的吸附量不同的特性，降低壓力使碳分子篩解除對氧的吸附，這一過程為再生。根據再生壓力的不同，可分為真空再生和常壓再生；常壓再生利于分子篩的徹底再生，易于獲得高純度氣體。

4.PSA 制氮工藝工作方式：

通常使用兩吸附塔并聯，由全自動電腦 控制系統按特定可編程序嚴格控制時序，交替進行加壓吸附和解壓再生，完成氧氮分離，獲得所需高純度的氮氣。

PSA 碳分子篩制氮裝置中有兩個裝滿碳分子篩的吸附塔，潔凈、干燥的壓縮空氣進入變壓吸附制氮裝置，流經裝填有碳分子篩（CMS-240）的吸附塔。壓縮空氣由下至上流經吸附塔，利用分子篩在不同壓力下對氮和氧等的吸附力不同，氧氣、水、二氧化碳等組份在碳分子篩表面吸附，未被吸附的氮氣在出口處被收集成為產品氣，由吸附塔上端流出，進入緩沖罐；經一段時間后，吸附塔中被碳分子篩吸附的氧達到飽和，需進行再生。再生是通過停止吸附步驟，降低吸附塔的壓力來實現的。已完成吸附的吸附塔短期均壓后開始降壓，脫除已吸附的氧氣、水、二氧化碳等組份，完成再生過程。兩個吸附塔交替進行吸附和再生，從而產生流量和純度穩定的產品氮氣。兩只吸附塔的切換由 PLC 控制的程控閥氣動閥自動完成；

變壓吸附制氮裝置的性能優劣取決于吸附碳分子篩、自動控制器、程控氣動閥、電磁閥等硬件組件的性能以及工藝流程、吸附塔結構、裝填壓緊工藝等技 術力量支持！

5.制氮 PSA 制氮裝置的優勢：

a.先進的吸附器結構和 PSA 工藝流程設計； 

結合德國 Carbotech 公司及美國 APCI 公司先進的吸附器結構設計和優化的丁字型變壓吸附流程，確保碳分子篩的吸附效率與壽命的最佳結合，在當今氣體分離行業中處于領先技術水平。

b.完美的 PSA 工藝程序設計；

PSA 制氮由多年技術探索與現場工程技術調試相結合并聯合國內大中院校師資力量和斥 資引進國外較為先進技術成果，一直堅信不斷技術創新，才能盛久不衰！

u 開機程序：

制氮機開機啟動后進入開機程序。開機程序為兩吸附塔按照吸附周期進行切換，但不輸出氮氣至氮氣工藝罐。目的是使兩吸附塔內的碳分子篩適應吸附工況，避免開機初始碳分子篩再生不徹底，造成每次開機后達到純度正常時間延長并且增加碳分子篩的吸附疲勞強度；開機程序時間約為 5分鐘。

u 運行程序：

開機程序結束后自動進入運行程序。運行程序為兩吸附塔按照吸附周期進行切換，同時輸出氮氣至氮氣工藝罐。A 塔進氣吸附輸出氮氣，B 塔解吸再生；A 塔吸附及 B 塔再生結束后， AB 塔均壓；均壓后  B 塔進氣及氮氣回流后吸附輸出氮氣，A 塔解吸再生。運行程序以約 10s 周期循環進行

u 關機程序：

當由于其他因素要求停機時，按啟動停止按鈕自動進入關機程序。進入關機程序后制氮 機并非立即停止工作；首先吸附塔停止進氣及輸出氮氣；第二步 A 塔 B 塔同時放空解吸。關 機程序時間為 1 分鐘左右；采用關機程序可避免殘留在吸附塔內的氧氣被碳分子篩長期吸附 直至下次開機，從而可降低碳分子篩的吸附疲勞強度延長碳分子篩的使用壽命。

c.PSA 制氮裝置關鍵部件全部選用國際知名品牌的產品

u 碳分子篩的選用：選用知名品牌武田碳分子篩 ；其氧分子吸附性能均是世界前列。（性能指標見附件）

碳分子篩是一種以天然椰殼或煤粉為原料，經特殊的粉化、造孔、加工而成的專門用于提純空氣中的氮氣的專用吸附劑，分子篩 的比表面積大，其孔徑分布非常集中均勻，只比氧分子直徑略大， 因此非常有利于對空氣中氮氧的分離。

程控氣動閥門選用寶德氣動閥閥體平均無故障工作在 200 萬次，故障率相比同類產品降低    

u 采用臺灣亞德客系列氣動元件：動作次數達 100 萬次不泄露的電磁閥；可靠的氣源三連件等。 

u 采用上海昶艾分析儀表：測量精度達 0.1%；可靠的內置型進口電極壽命大大延長,可連 續可靠工作 5 年以上，無需更換氧電極。 

u 可編程控制器選用德國西門子 ！ 

本方案未及陳述的部分均執行國家現行標準和規范、規程。

第七章  售后和服務體系        

 一、雙方設計內容 

1、甲方設計 

1） 土建基礎設計； 

2） 系統外部管道設計；

3) 系統電纜敷設走向設計；

4）廠房及控制室設計；

      5）給排水系統設計；

6） 照明設計；

二、雙方責任 

1、乙方責任 

1  乙方負責提供合同要求的整套設備，運輸前設備及備件均應齊備； 

2  乙方負責提供有關的技術資料； 

3  乙方負責設備指導安裝；

 4  乙方負責系統設備的現場調試，試車（甲方配合）； 

5  乙方負責現場培訓甲方人員； 

6  乙方代辦運輸； 

7  乙方負責制氮設備內部電纜。 

2、甲方責任 

2．1、甲方負責提供合乎以下要求的安裝場地： 

1）安裝現場應清潔，平整，吊車或叉車容易到達并進行就位。

     2）安裝現場通風良好。

四、氣體分離設備有限公司的服務體系 

7.1  售中工程服務 

（1）.乙方負責提供技術先進、性能優良的設備。 

（2）.乙方負責提供相關的技術資料(設備基礎布置圖,使用說明書,工藝流程圖,電器原理圖,電器接線圖,設備裝配圖,裝箱清單)及咨詢。 

（3）.乙方負責進行設備的系統現場布置設計。 

（4）.乙方負責現場指導甲方安裝并對設備進行調試。 

（5）.乙方負責對設備現場人員進行培訓，基本使操作人員達到： 

a.甲方能獨立進行系統設備的操作使用。 

b.甲方能獨立進行系統設備電氣的日常維護和常見故障的解決。 

c.甲方能獨立進行設備機械的日常維護和常見故障的解決。 

7.2  售后的質保承諾 

全套系統設備的質保期自設備從生產廠啟運30個月，或從驗收合格計24個月， 以兩者先到期為準，在此期限內，乙方所提供的設備及部件因質量問題所出現的破損維修或更換所發生的費用由乙方承擔，由于錯誤操作及使用不當而造成的設備破損或更換，所發生的費用由甲方承擔。 

7.3  售后的服務承諾 

7.3.1 客戶管理關系(CRM)的建立 

（1）.乙方建立用戶檔案，便于協助甲方進行設備管理（如不同工藝的設備的合理使用方法）。 

（2）.便于定期提醒甲方更換易損件，檢查設備及注意事項（如以傳真、電子郵件等形式提醒合理使用和保養設備）。 

7.3.2 定期回訪服務 

（1）.定期（每月）專人專項以電話的形式進行產品跟蹤服務調查及售后服務意見征詢。 

（2）.乙方定期（每年）專人專項進行登門走訪，并免費幫助甲方解決現場疑難問題。（如有設備備件更換，質保期外僅收取材料成本） 

7.3.3 緊急故障排除 

（1）售后電話：400-110-9566

（2）.當設備發生故障之時起，乙方服務熱線 24 小時在線。

7.3.4系統終身服務

（1）.乙方提供設備的終身免費技術咨詢與服務 

（2）.乙方提供系統設備的終身備品備件的供給（質保期以外僅收取材料成本） 

7.4  其他服務 

甲方作為乙方的重點工程,在乙方組織的每年一次的檢查系統設備運行情況過程中，檢查分子篩是否粉化、閥門磨損情況等等。