气体站工程设计与施工

1 压缩空气站

2 氧气站

3 氢气站

4 氮气站

5 真空站 2100433B

本图集适用于从事气体动力专业设计人员编制气体动力站初步设计和施工图设计参考使用，也可供从事气体动力方面的施工、运行、管理、教学及其他相关专业人员和策划人员参考使用。

本图集主要内容：图集中收集了压缩空气站、氧气站、氢气站、氮气站、真空站房的设计典型示例。每种典型示例都是由简介、综合技术指标、主要设备明细表、设备管道系统图和平剖面布置图、仪表控制系统图、主要设备及辅助设备安装图等几部分组成。

本图集的突出特点就是高效实用。图集中收集的各种站房的规模都是大、中、小不等的，适合于各种不同人群的需要，工程设计人员在方案、初步设计阶段可通过典型示例。再结合实际工程，快速确定所需站房的大小尺寸，从而提高工作效率。

制氮机系统原理

变压吸附空分制氮(简称P.S.A制氮) 是一种先进的气体分离技术，以优质进口碳分子筛（CMS）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。

碳分子筛对氧和氮在不同压力下某一时间内吸附量的变化差异曲线：

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。

变压吸附制氮机（简称PSA制氮机）是按变压吸附技术设计、制造的氮气发生设备。通常使用两吸附塔并联，由全自动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，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。

碳分子筛（CMS）的动态吸附量和分离系数的性能优劣决定了制氮机的好坏。

铁触媒工艺原理

钯触媒除氧纯化工艺原理：一定流量、纯度的普氮和氢气同时进入装置中，在混合器中充分混合后，进入装有钯触媒除氧器装置，在脱氧催化剂的作用下产生2H2 O2=2H2O的化学反应，达到脱氧目的。脱氧后氮气中的水气经过冷却器脱水，然后氮气继续进入干燥器干燥，使氮气露点达-60℃左右，干燥器配置两台，其中一台干燥器进行吸附干燥，另一台把已吸附饱和水气的干燥器进行再生，为下一周期吸附工作做好准备。经干燥后的氮气通过过滤器除尘，最后得到的便是高纯氮气。

氨分解制氢原理

氨分解气体发生装置以液氨为原料，经汽化后将氨气加热到一定温度，在催化剂作用下，氨发生分解成氢氮混合气体，氨分解的化学方程式如下：

2NH3==3H2 N2-22080卡

即在标准状况下，1千摩尔氨完全分解可产生氢氮混合气体44.8Nm3，并吸收热量11040千卡。也就是1kg液氨完全分解能产生2.64Nm3氢氮混合气体，根据化学方程式，分解气体由75%H2,和25%N2组成。

氨分解制氢装置是根据氨气发生分解反应的基本原理进行精心设计制作的组合装置。氨分解在工业装置条件下不可能100%完全分解，存在微量的残余氨，工业液氨中含有少量的水，配套使用气体纯化器，可脱除混合气中的残余氨和水分，获得满意的保护气体，满足工业生产的需要（如对杂质氧有较高要求，还可在纯化器中增加除氧器）。

以该产品气的混合气氛直接作还原保护气氛，是需要氢气作保护气氛场合最经济的方法。该产品也可作为富氢原料气，提取纯氢，是一种经济的制氢方法。

氨分解纯化装置原理

纯化装置利用5A分子筛的大比表面积和极性吸附达到对水和残余氨的深度吸附。分解后的氮氢混合气进入干燥器，除去残余水分及其他杂质。纯化装置采用双吸附塔流程，一台吸附干燥氨分解气，另一台在加热状态下（一般在300-350℃）解吸出其中的水分及残余氨，从而达到再生的目的。吸附塔采用内外筒式结构，避免了分子筛的过热烧结，保证了分子筛的使用寿命。选用优质阀门，密封可靠，无内泄露，保证了产品气的纯度。

配比保护气系统由氨分解制氢系统、制氮机系统、氢氮配比装置等组成，整套配比保护气能力为150Nm3/h，密封氮气为50Nm3/h.

根据生产线用气量要求，制氮机二套纯度定为99%，既保证了系统的经济性和可靠性，又确保后续氮气纯化系统的除氧负荷在正常范围，从而保证纯化系统正常稳定工作 。

制氢工段采用二套氨分解制氢装置并联，主要作为配气系统的氢气来源，一小部分用于氮气纯化工段用于除氧 。