氣體站工程設計與施工

1 壓縮空氣站

2 氧氣站

3 氫氣站

4 氮氣站

5 真空站 2100433B

本圖集適用于從事氣體動力專業(yè)設計人員編制氣體動力站初步設計和施工圖設計參考使用，也可供從事氣體動力方面的施工、運行、管理、教學及其他相關(guān)專業(yè)人員和策劃人員參考使用。

本圖集主要內(nèi)容：圖集中收集了壓縮空氣站、氧氣站、氫氣站、氮氣站、真空站房的設計典型示例。每種典型示例都是由簡介、綜合技術(shù)指標、主要設備明細表、設備管道系統(tǒng)圖和平剖面布置圖、儀表控制系統(tǒng)圖、主要設備及輔助設備安裝圖等幾部分組成。

本圖集的突出特點就是高效實用。圖集中收集的各種站房的規(guī)模都是大、中、小不等的，適合于各種不同人群的需要，工程設計人員在方案、初步設計階段可通過典型示例。再結(jié)合實際工程，快速確定所需站房的大小尺寸，從而提高工作效率。

制氮機系統(tǒng)原理

變壓吸附空分制氮(簡稱P.S.A制氮) 是一種先進的氣體分離技術(shù)，以優(yōu)質(zhì)進口碳分子篩（CMS）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(nèi)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。

碳分子篩對氧和氮在不同壓力下某一時間內(nèi)吸附量的變化差異曲線：

一段時間后，分子篩對氧的吸附達到平衡，根據(jù)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(jù)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。

變壓吸附制氮機（簡稱PSA制氮機）是按變壓吸附技術(shù)設計、制造的氮氣發(fā)生設備。通常使用兩吸附塔并聯(lián)，由全自動控制系統(tǒng)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，完成氮氧分離，獲得所需高純度的氮氣。

碳分子篩（CMS）的動態(tài)吸附量和分離系數(shù)的性能優(yōu)劣決定了制氮機的好壞。

鐵觸媒工藝原理

鈀觸媒除氧純化工藝原理：一定流量、純度的普氮和氫氣同時進入裝置中，在混合器中充分混合后，進入裝有鈀觸媒除氧器裝置，在脫氧催化劑的作用下產(chǎn)生2H2 O2=2H2O的化學反應，達到脫氧目的。脫氧后氮氣中的水氣經(jīng)過冷卻器脫水，然后氮氣繼續(xù)進入干燥器干燥，使氮氣露點達-60℃左右，干燥器配置兩臺，其中一臺干燥器進行吸附干燥，另一臺把已吸附飽和水氣的干燥器進行再生，為下一周期吸附工作做好準備。經(jīng)干燥后的氮氣通過過濾器除塵，最后得到的便是高純氮氣。

氨分解制氫原理

氨分解氣體發(fā)生裝置以液氨為原料，經(jīng)汽化后將氨氣加熱到一定溫度，在催化劑作用下，氨發(fā)生分解成氫氮混合氣體，氨分解的化學方程式如下：

2NH3==3H2 N2-22080卡

即在標準狀況下，1千摩爾氨完全分解可產(chǎn)生氫氮混合氣體44.8Nm3，并吸收熱量11040千卡。也就是1kg液氨完全分解能產(chǎn)生2.64Nm3氫氮混合氣體，根據(jù)化學方程式，分解氣體由75%H2,和25%N2組成。

氨分解制氫裝置是根據(jù)氨氣發(fā)生分解反應的基本原理進行精心設計制作的組合裝置。氨分解在工業(yè)裝置條件下不可能100%完全分解，存在微量的殘余氨，工業(yè)液氨中含有少量的水，配套使用氣體純化器，可脫除混合氣中的殘余氨和水分，獲得滿意的保護氣體，滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要（如對雜質(zhì)氧有較高要求，還可在純化器中增加除氧器）。

以該產(chǎn)品氣的混合氣氛直接作還原保護氣氛，是需要氫氣作保護氣氛場合最經(jīng)濟的方法。該產(chǎn)品也可作為富氫原料氣，提取純氫，是一種經(jīng)濟的制氫方法。

氨分解純化裝置原理

純化裝置利用5A分子篩的大比表面積和極性吸附達到對水和殘余氨的深度吸附。分解后的氮氫混合氣進入干燥器，除去殘余水分及其他雜質(zhì)。純化裝置采用雙吸附塔流程，一臺吸附干燥氨分解氣，另一臺在加熱狀態(tài)下（一般在300-350℃）解吸出其中的水分及殘余氨，從而達到再生的目的。吸附塔采用內(nèi)外筒式結(jié)構(gòu)，避免了分子篩的過熱燒結(jié)，保證了分子篩的使用壽命。選用優(yōu)質(zhì)閥門，密封可靠，無內(nèi)泄露，保證了產(chǎn)品氣的純度。

配比保護氣系統(tǒng)由氨分解制氫系統(tǒng)、制氮機系統(tǒng)、氫氮配比裝置等組成，整套配比保護氣能力為150Nm3/h，密封氮氣為50Nm3/h.

根據(jù)生產(chǎn)線用氣量要求，制氮機二套純度定為99%，既保證了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性，又確保后續(xù)氮氣純化系統(tǒng)的除氧負荷在正常范圍，從而保證純化系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作 。

制氫工段采用二套氨分解制氫裝置并聯(lián)，主要作為配氣系統(tǒng)的氫氣來源，一小部分用于氮氣純化工段用于除氧 。