空分设备及深冷空分工艺流程.docx

空分设施及深冷工艺流程空分设施就是以空气为原料，经过压缩循环深度冷冻的方法把空气变为液态，再经过精馏而从液态空气中逐渐分别生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设施当前我国生产的空分设施的形式、种类众多有生产气态氧、氮的装置，也有生产液态氧、 氮的装置但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程我国 空分设施的生产规模已经从初期只好生产20m3/h （氧）的制氧机，发展到此刻拥有生产 2O000m3/h、30000m3/h和50000m3/h （氧）的特大型空分设施的能力空分设施从工艺流程来说能够分为 5个基本系统：1杂质的净化系统：主假如经过空气过滤器和分子筛汲取器等装置， 净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等2空气冷却和液化系统：主要由空气压缩机、热互换器、膨胀机和空时令流阀等构成，起 到使空气深度冷冻的作用3空气精馏系统：主要零件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮 节流阀起到将空气中各样组分分别的作用4加温吹除系统：用加温吹除的方法使净化系统重生5仪表控制系统：经过各样仪表对整个工艺进行控制深冷空分制氮深冷空分制氮以空气为原料，经过压缩、净化、用热互换使空气液化成为液空。

液空主假如液氧和液氮的混淆物，利用液氧和液氮的沸点不一样，经过精馏，使它们分别 来获取氮气1. 深冷制氮的典型工艺流程整个流程由空气压缩及净化、空气分别、液氮汽化构成1.1空气压缩及净化空气经空气过滤器消除尘埃和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，而后 送入空气冷却器，降低空气温度再进入空气干燥净化器，除掉空气中的水份、二氧化 碳、乙炔及其余碳氢化合物1.2空气分别净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱 和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部获取氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同 时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分 作为液氮产品出空分塔由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约 130K进膨胀机膨胀制冷为空分塔供给冷量，膨胀后的气体一部分作为分子筛的重生和吹冷用，而后经消音器排入大气1.3液氮汽化由空分塔出来的液氮进液氮贮槽储存，当空分设施检修时，贮槽内的液氮进入汽化 器被加热后，送入产品氮气管道深冷制氮可制取纯度仝99.999%的氮气2. 主要设施简介2.1空气过滤器为减少空气压缩机内部机械运动表面的磨损，保证空气质量，空气在进入空气压缩 机以前，一定先经过空气过滤器以消除此中所含的尘埃和其余杂质。

当前空气压缩机进 气多采纳粗效过滤器或中效过滤器2.2空气压缩机按工作原理，空气压缩机可分为容积式和速度式两大类当前空气压缩机多采纳往 复生塞式空气压缩机、离心式空气压缩机和螺杆式空气压缩机2.3空气冷却器是用来降低进入空气干燥净化器和空分塔前压缩空气的温度，防止进塔温度大幅度 颠簸，并可析出压缩空气中的大多数水分往常采纳氮水冷却器（由水冷却塔和空气冷却 塔构成：水冷塔是用空分塔内出来的废气冷却循环水，空冷塔是用水冷塔出来的循环水 冷却空气）、氟里昂空冷器2.4空气干燥净化器压缩空气经空气冷却器后仍含有必定的水分、二氧化碳、乙炔和其余碳氢化合物 被冷冻的水分和二氧化碳堆积在空分塔内会拥塞通道、管道和阀门，乙炔齐集在液氧内 有爆炸的危险，尘埃会磨损运起色械为了保证空分装置的长久安全运行，一定设置专 门的净化设施，消除这些杂质空气净化的最常用方法是吸附法和冻结法当前国内在 中小型制氮装置中宽泛采纳分子筛吸附法2.5空分塔空分塔内主要包含有主换热器、液化器、精馏塔、冷凝蒸发器等主换热器、冷凝 蒸发器和液化器为板翘式换热器是一种全铝金属构造新式组合式间壁式换热器，均匀温 差很小，换热效率高达98-99%。

精馏塔为空气分别的设施，塔设施的种类按内件区分， 设置筛孔板的称筛板塔，设置泡罩板的称泡罩塔，堆放填料的称填料塔筛孔板构造简 单、便于制造、塔板效率高，所以在空分精馏塔中被宽泛使用填料塔主要用于直径小 于，高度不大于7m的精馏塔泡罩塔因为构造复杂、制造困难现已极少使用2.6透平膨胀机是制氮装置用来产生冷量的旋转式叶片机械，是一种用于低温条件下的气体透平 透平膨胀机按气体在叶轮中的流向分为轴流式、向心径流式和向心径轴流式；按气体在 叶轮中能否持续膨胀又分为还击式和冲击式，持续膨胀为还击式，不持续膨胀为冲击式 空分设施中宽泛采纳单级向心径轴流还击式透平膨胀机深冷空分制氮设施复杂、占地面积大，基建花费高，设施一次性投资多，运行成本 高，产气慢，安装要求高周期长深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，在中、小规 模制氮就显得不经济在3500Nm3/h以下的设施，同样规格的PSA装置的投资规模要比 深冷空分装置低20 %〜50%空气分别制氧的主要工艺及其比较氧气在工业生产和平时生活中有宽泛的用途，空气中含有21% (体积浓度)的氧气，是 最低价的制氧原料，所以氧气一般都经过空气分别制取空气分别制氧主要工艺1. 深冷分别工艺：传统制氧技术，氧气纯度高、产品种类多，合用于大规模制氧。

2. 变压吸附工艺(PSA):新兴技术，投资小、能耗低，合用于氧气纯度不太高、中小规模 应用处合3. 膜分别工艺：尚不行熟，基本未获取工业应用深冷空分制氧工艺H膜分别工艺H变压吸附制氧工艺的比较项目深冷空分法膜分别空分法变压吸附空分法分别原理将空气液化，依据氧和氮 沸点不一样达到分别依据不一样气体分子在膜中的溶解扩散性能的差别来达成 分别加压吸附，降压解吸，利用 氧氮吸附能力不一样达到分 离装置工艺流程复杂，设施较工艺流程简单，设施少，自控工艺流程简单，设施少，自特色多，投资大阀门少，投资较大控门许多，投资省工艺特色-160〜T90 €低温下操作常温操作常温操作操作启动时间长，一般在15〜丿启动时间短，一般在一般W启动时间短，一般W 30min特色40小时，一定连续运行， 不可以中断运行，短暂停 机，恢复工况时间长20min,可连续运行，也可间 断运行可连续运行，也可中断运行保护特色设施构造复杂，加工精度高，维修养护技术难度大，保护养护花费高设施构造简单，保护养护技术难度低，保护养护花费较高设施构造简单，保护养护技术难度低，保护养护花费低土建占地面积大，厂房和基础占地面积小，厂房无特别要占地面积小，厂房无特别要及安要求高，工程造价高。

求，造价低求，造价低安装周期短，装特安装周期长，技术难度安装周期短，安装花费低安装花费低占八、、大，安装花费高以RICH膜分别制氮设施单位以RICH常温变压吸附制氮产气3产肚量能耗为例：单位产98%-设施单位产肚量能耗为例：成本0.5〜纯度氮气的电耗为单位产98%纯度氮气的电耗3 3在超低温、高压环境运行安全可造成碳氢化合物局部常温较高压力下操作，不会造常温常压下操作，不会造成性齐集，存在爆炸的可能成碳氢化合物的局部齐集碳氢化合物的局部齐集可调气体产品产量、纯度不行气体产品产量、纯度可调，灵气体产品产量、纯度可调，性调，灵巧性差活性较好灵巧性好经济气体产品种类多，气体纯投资小、能耗低，合用于氮气投资小、能耗低，合用于氧合用度高，合用于大规模制纯度79%〜99.99的中小规模气纯度21%〜95%、氮气纯度性气、用气场合应用处合膜分别制氮能耗在79%〜99. 9995的中小规模氮气纯度99%以下和变压吸附 制氮能耗相差不大，氮气纯度 99.5%以上经济性比变压吸附差膜分别制氧工艺尚不行99 一般产氧纯度21%〜45%，变 本未获取工业应用应用处合RICH牌节能型变 压吸附系列制氮装置经济性 优秀，特别是氮气纯度.9%以上的设施更表现了熟， 压吸附空分法的无与伦比基注：其余供气方式是鉴于上述空分制气家产基础上的家产延长，供气过程产生了中间环 节的花费，增添了用气成本，可操作性差，此中运输式和钢瓶式供气存在较大安全隐患。

变压吸附空分制氧工艺原理★变压吸附空气分别制氧原理空气中的主要组份是氮和氧，经过选择对氮和氧拥有不一样吸附选择性的吸附剂，设计 适合的工艺过程，使氮和氧分别制得氧气氮和氧都拥有四极矩，但氮的四极矩（0.31?）比氧的（0.10?）大得多，所以氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作使劲强，如图1所示）所以， 当空气在加压状态下经过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中获取富集并流出吸附床，使氧气和氮气分别获取氧气当分 子筛吸附氮气至靠近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气能够 解吸出来，分子筛获取重生并重复利用两个以上的吸附床轮番切换工作，即可连续生 产出氧气图1、变压吸附气体分别基来源理表示图氩气和氧气的沸点靠近，二者很难分别，一同在气相获取富集所以变压吸附制氧装置往常只好获取浓度为90%~95%的氧气（氧的极限浓度为95.6%，其余为氩气），与深冷空 分装置的浓度99.5%以上的氧气对比，又称富氧★变压吸附空分制氧装置工艺简述从上述原理可知，变压吸附空分制氧装置的吸附床一定起码包含两个操作步骤：吸附和 解吸所以，当只有一个吸附床时，产品氧气的获取是中断的。

为了连续获取产品气， 往常在制氧装置中一般都设置两个以上的吸附床，而且从节能降耗和操作安稳的角度出 发，此外设置一些必需的协助步骤每个吸附床一般都要经历吸附、顺向放压、抽闲或减压重生、冲刷置换和均压升压等步 骤，周期性地重复操作在同一时间，各个吸附床则分别处于不一样的操作步骤，在计算 机的控制下准时切换，使几个吸附床共同操作，在时间步伐上则互相错开，使变压吸附 装置能够安稳运行，连续获取产品气依据解吸方法的不一样，变压吸附制氧又分为两种工艺（拜见表1）:1、PSA工艺：加压吸附（0.2〜）、常压解吸投资小、设施简单，但能耗高，适用于小规模制氧的场合2、VPSA工艺：常压或略高于常压（0〜50KPa ）下吸附，抽真空解吸设施相对复杂，但效率高、能耗低，合用于制氧规模较大的场合表 1、PSA VPSA制氧装置主要参数和 比较工艺流程适合规模3,吸附压力解吸压力氧气纯度制氧电耗 3氧气收率m/hKPa1 KPa1 %:KWh/m%PSA<200200 〜600大气压80 〜930.7 〜230 〜45VPSA100〜100000〜5045〜8080 〜950.3〜46 〜68关于实质的分别过程，还一定考虑空气中的其余微量组份。

二氧化碳和水份在往常的吸附剂上的吸附能力一般要比氮和氧都大得多，可在吸附床内填加适合的吸附剂（或利用 制氧吸附剂自己）使其被吸附消除制氧装置所需的吸附塔数目取决于制氧规模、吸附 剂性能和工艺设计思路，多塔操作时运行安稳性相对更好一些，但设施投资较高当前 的趋向是：使用高效制氧吸附剂、尽量减少吸附塔数目并采纳短操作周期，以提升装置。