空气精馏系统

1、空气精馏系统,空分区分厂：柴小兵 二一年五月二十日,团结、务实、追求卓越,空气分离基础知识 空气精馏系统概述 空气精馏系统设备 空气精馏系统操作 装置安全操作措施,课件大纲,空气分离基础知识,空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。分子是保持它原有性质的最小颗粒，直径的数量级在10-8cm，而分子的数目非常多，并且不停地在作无规则运动，因此，空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在一起的，要将它们分离开是较困难的。 空气中各组分含量,空气分离方法,低温法 吸附法 膜分离法,低温法,先将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在大气压力下，氧的沸点为90K，氮的沸点为77K)，沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷叫深度冷冻；而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程。低温法实现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为

2、广泛的空气分离方法。,吸附法,它是让空气通过充填有某种多孔性物质-分子筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛(如5A，13X等)对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气；有的分子筛(碳分子筛等)对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。再生的方法可采用加热提高温度的方法(TSA)，或降低压力的方法(PSA)。 这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为困难，产品氧纯度在93%左右。并且，它只适宜于容量不太大(小于4000m3/h)的分离装置。,膜分离法,它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜(0.1m)或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的45倍，从而实现氧、氮的分离。这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但富氧浓度一般适宜在28%35%，规模也只宜中、小型，所以只适用于富

3、氧燃烧和医疗保健等方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。,低温法空气分离原理,空气分离的基本原理是利用低温精馏法，将空气冷凝成液体，然后按各组分蒸发温度的不同将空气分离。 以氧氮混合物为例，若使处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮组成的液体时，气体要部分冷凝，转变为液体并放出冷凝潜热，沸点较高的氧较多的冷凝，这样蒸气中的氮浓度越来超高 ；液体则吸收热量而蒸发。沸点较低的氮较多的蒸发，液体中的氧浓度也越来越高，每经过一次蒸发冷凝过程，气体中氮组分就增加，而液体中氧组分也增加。如果这种同时发生的蒸发冷凝过程进行多次，混合物中的氧和氮便可分离。,空气精馏系统概况,在下塔115K01中，空气被初步分离成氮气和富氧液态空气，顶部气氮在主冷凝蒸发器115W05中液化，同时主冷凝蒸发器115W05的低压侧液氧被气化。绝大部分液氮作为下塔回流液回流到下塔115K01，其余液氮经过冷器115W04A/B被纯气氮和污气氮过冷并节流后送入上塔115K02顶部。污液氮经过冷器115W04A/B过冷后,再经节流送入上塔115K02上部。从下塔底部抽出的富氧液空在过冷器115W04A/B中过冷后经节流

4、送入上塔115K02中部作回流液。 液氧在主冷凝蒸发器115W05底部导出经高压液氧泵115P01A/B加压，然后在高压换热器115W01A/B复热后以4.7MPa(G)的压力作为气体产品出冷箱。 污气氮从上塔115K02上部引出，经过冷器115W04A/B复热后，一部分经低压换热器115W02AH中复热后作为分子筛纯化器的再生气体，剩余部分经高压换热器115W01A/B复热后进水冷塔112K02。纯气氮从上塔115K02顶部引出，在过冷器115W04A/B及低压换热器115W02AH中复热后出冷箱，送往水冷却塔112K02中作为冷源冷却外界水。,压力氮气从下塔115K01顶部引出来，在低压主换热器115W02AH中复热后出冷箱,部分经过氮气压缩机组压缩至4.1MPa(G)供后续工艺使用。 产品液氧、液氮分别经HV115007、HV115008阀送入各自的贮槽。 从上塔相应部位抽出氩馏份体约34500Nm3/h(标)，含氩量为810%(体积)。粗氩冷凝器115W06采用过冷后的液空作冷源，氩馏份直接从粗氩塔115K03的底部导入，上升气体在粗氩冷凝器115W06中液化，得到粗液氩和约1

5、150m3/h的粗氩气，前者作为回流液入粗氩塔115K03，而后者经进入低压换热器115W02AH复热到常温送出冷箱；在粗氩冷凝器115W06蒸发后的液空蒸汽和底部少量液空同时返回上塔115K02。,KDON48000/80000型空分装置简易流程,蒸汽,膨胀机,空压机,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气送出,再生,高压氧气送出,污氮气去水冷塔,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,分子筛,再生,吸附,过冷器,高板,水冷塔,空气,节流阀,来自管网,回管网,空冷塔,低板,空气精馏系统主要设备,下塔 上塔,作用: 利用混合气体中各组分的沸点不同，将其分离成所要求纯度的组分。 结构: 塔体为圆筒形，下塔内装多层密布小孔的筛板，筛板上设置溢流斗和增位板；上塔内装规整填料及液体分布器。 使用方式: 下塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每块筛板，由于溢流斗的作用，使塔板上造成一定的液层高度。当气体由下而上穿过筛板小孔时与液体接触，产生了鼓泡,这样就增加了汽液接触面积，使热质交换过程高效地进行。低沸点组份逐渐蒸发，高沸点的组份逐渐液化，至塔顶就获得低沸点的纯氮，在塔底获得高沸点的富氧液空。 上塔

6、在精馏过程中，气体穿过分布器沿填料盘上升，液体自上往下通过分布器均匀地分布在填料盘上，在填料表面上气、液充分接触进行高效的热质交换。上升气体中低沸点组份(氮)含量不断提高，高沸点组份(氧)被大量的洗涤下来，形成回流液，最终在塔顶得到高纯度的低沸点纯氮，塔底得到高纯度的高沸点的液氧。,主冷凝蒸发器,作用: 供氮气冷凝和液氧蒸发用，以维持精馏塔精馏过程的进行。 结构: 为多层板翅式，相邻通道的物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式: 冷凝蒸发器一般置于上、下塔之间，下塔上升的氮气在其间被冷凝，而上塔回流的液氧在其间被蒸发。这个过程得以进行，是因为氮气压力高，液氧压力低。例如氮气压力为0.511MPa时，液化温度为94.4K，而液氧在压力为0.1389MPa时，蒸发温度93.1K，两者温差1.3K。这样，氮气的冷凝和液氧的蒸发就可进行。各类冷凝蒸发器都是按此原理进行的，只是冷凝和蒸发的介质不同而已。,粗氩塔,主塔（上结构:粗效塔为圆筒形填料塔。塔内相邻两段填料之间设置分布器，以利于液体在塔内均匀分布。 使用方式: 其原理与上塔相同，顶部得到含少量氧粗气氩，并引入低压换热器回收冷量后去水

7、冷塔；底部得到富氧液体，回流到上塔。 粗氩冷凝器 ： 作用：用液空冷凝粗氩气。,液空液氮过冷器,作用：对低温液体进行过冷 结构：为多层板翅式。相邻通道间物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：液空、液氮和污液氮在流经过冷器时被氮气和污氮气进一步冷却，使之低于饱和温度，这样，液体在节流后可以减少气化，改善上塔的精馏工况。 汽液分离器,分馏塔的特点,装置采用规整填料上塔，液膜热质交换充分，精馏效率高，提高了氧的提取率。由于采用了规整填料，气体穿过填料液膜阻力小，使上塔的操作压力下降，从而降低了下塔的压力，空压机的排气压力也相应降低，降低了装置的能耗。操作弹性大，不产生液泛或液漏，负荷调节范围大。液体滞留少，启动调节快。 装置的下塔采用专用于大型空分设备的溢流塔板技术。 流程设置增加粗氩增效塔，通过粗氩气的分离，提高空分装置氧提取率，降低能耗。 采用全浸式操作方式，不会产生干蒸发，使单元内部液氧中碳氢化合物不浓缩。当液氧操作液位低于主冷凝蒸发器板式单元高度的80%时，报警系统立即报警。 采用截距较大的翅片，使液氧流动更通畅不易堵塞通道，并降低微小颗粒所产生的静电，从结构上根本解决了主冷

8、内部的安全防爆问题。在液氧侧设有接地保护装置。 在整个液氧大池中，保持液氧侧较高的循环倍率，并通过加大液氧排放量使液氧底部不会出现易燃化合物的凝结。 采用液氧内压缩流程，需要从主冷不断地抽取大量的液氧，这样就可不用再另外排放液氧来防止碳氢化合物浓缩。,分馏塔系统是空分装置的核心系统，其作用是利用低温精馏法将原料空气分离为氧、氮产品。,空气精馏系统操作,加温吹除 塔区冷却 积液调整 增效塔投用,加温吹除目的,空分装置经过长期运转，在分馏塔的低温容器和管道可能产生冰、干冰或机械粉未的沉积，阻力逐步增大。因此，运转两年后，一般应对分馏塔进行加温解冻以去除这些沉积物。 如果在运转过程中发现热交换器的阻力和精馏塔的阻力增加，以至在产量和纯度上达不到规定指标，这就要提前对分馏塔进行加温解冻。,加温气源,全面加温用气都是从原料透平空气压缩机来的空气，该空气经空气预冷系统冷却并经过分子筛纯化器除去了水分和二氧化碳的干燥空气。,加温吹除步骤,空气进下塔前吹除 下塔、主冷氮侧的加温吹除 液空液氮过冷器、上塔加温吹除 粗氩增效塔加温吹除,空气进下塔前吹除,膨胀机,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,过冷器,液氧,节流阀,下塔主冷氮侧的加温吹除,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,过冷器,液氧,节流阀,上塔液空液氮过冷器加温吹除,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,

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