空分技术问答.doc

空 分 培 训 教 材河南省开祥化工空分部分一、 空气分离的方法空气分离（简称空分）的方法分为低温法和非低温法，非低温法包括变压吸附、膜分离、化学分解法；低温法又叫深度冷冻法，是空气分离的主要方法它在空分中占据重要地位的原因是：a、可以大规模制取氧、氮、氩及液产品;b、高纯度产品更是其它制取方法无法取代;c、同时生产稀有产品的唯一方法本公司采用的就是深度冷冻法二、 空气分离的原理空气是一种均匀的多组分混合气体，其中氮占78.7%，氧占20.95%，氩占0.932%，另外还有微量的水蒸气、二氧化碳、碳氢化合物、灰尘等由于空分是在近－200C下实现精馏分离，故要首先除去水蒸气、二氧化碳、碳氢化合物等高沸点组分和灰尘空气分离设备（俗称制氧机）的原理是根据空气中各组分沸点不同，经加压、预冷、纯化并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使空气液化再进行精馏从而获得所需的氧、氮、氩产品三、装置组成：空分装置(俗称制氧机)由空气压缩工序，空气净化工序，空气分离工序组成1) 空气过滤工序除去空气中灰尘和机械杂质(2)空气压缩工序空气压缩工序是原料空气经空气压缩机压缩后送空气净化工序。

空气净化工序分出部分净化空气进空气增压机，空气增压机级间抽出部分净化空气用作膨胀空气，剩余空气经空气增压机压缩至排气压力送空气分离工序3)空气净化工序空气净化工序是将空气压缩工序来的空气经分子筛吸附器脱除水分、二氧化碳和碳氢化合物后送空气分离工序出分子筛吸附器后部分空气用作全厂仪表空气和工厂空气4)空气分离工序空气分离工序是将空气净化工序来的空气液化，液态空气经精馏进行分离，分离出的产品氧气（纯度99.6%）送煤气化装置，产品氮气（纯度99.99%）送低压氮气管网，产品液氩送液氩贮罐储存待售空分装置根据产品升压方式的不同,可分为外压缩流程和内压缩流程: 在外压缩流程中,产品氧、氮气体出冷箱后靠压缩机升压后输出,属常规流程;在内压缩流程中,产品氧、氮靠液体泵升压后从冷箱气化输出,又叫泵压流程 .又由于外压缩流程在氧气压力为3.0 Mpa的冶金企业广泛应用，故也叫冶金型流程；内压缩流程在氧气压力为≥3.0 Mpa的化工企业广泛应用，故也叫化工型流程我公司采用的为内压缩流程四、空分工艺流程说明空气首先进入自洁式空气吸入过滤器(S01101)，在空气吸入过滤器中除去灰尘和其它颗粒杂质，然后进入主空压机(K01101)，经过多级压缩后进入空冷塔(C01201)，压缩机级间的热量被中间冷却器中的冷却水带走。

空气在进入分子筛吸附器(C01301A/B)前在空冷塔中冷却，以尽可能降低空气温度减少空气中水含量从而降低吸附器的工作负荷，并对空气进行洗涤进入空冷塔(C01201)上部的冷冻水，首先在水冷塔(C01201)中利用干燥的出塔污氮进行冷却，再经过氨换热器(E01201)冷却，然后再进入空冷塔(C01201)上部空气冷却塔顶部设有游离水分离装置，以防止工艺空气中游离水份带出分子筛纯化系统由两台分子筛吸附器(C01301A/B)和一台双管板蒸汽加热器(E01301)组成，分子筛吸附器吸附空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，出分子筛吸附器后部分空气用作全厂仪表空气两台分子筛吸附器一台工作，另一台再生再生气的加热由蒸汽在蒸汽加热器中完成出空气纯化系统的洁净工艺空气一部分直接进入冷箱内的主换热器，被返流出来的气体冷却，接近露点的空气进入下塔的底部，进行第一次分馏其余部分空气进入增压压缩机，中抽一股进入增压透平膨胀机增压端增压，经增压冷却后进入主换热器，被返流气体冷却到一定温度后，进入膨胀机膨胀制冷后进入下塔，参与精馏另一股继续增压到一定压力后进入冷箱再分成两路，一路进入高压氧换热器,被液化后的空气经节流进下塔中部参与精馏;另一路进入主换热器,被冷却、液化后的空气经节流进下塔中部参与精馏。

在精馏塔中，上升气体与下流液体充分接触，传热传质后，在顶部得到纯氮气纯氮进入下塔顶部的主冷凝蒸发器被冷凝，在气氮冷凝的同时，主冷凝蒸发器中的液氧得到气化一部分液氮作为下塔的回流液下流，其余液氮经过冷后，节流后送入上塔 同时抽取中压氮经主换热器复热后作为产品　　在下塔中产生的液空也经过冷器过冷，节流后进入上塔参与精馏，在上塔内,经过再次精馏，得到氮气、产品液氧和污氮出吸附器的空气分为三股，一股直接进入主换热器(E01201)冷却后进入下塔；一股进空气增压机（K01101），从空气压缩机级间抽出部分空气用作工厂空气，剩余空气经增压机送入冷箱，经高压主换热器冷却变为液体后节流进入下塔；还有一股首先经过膨胀机增压端的压缩及后冷却器的冷却，再进入主换热器(E01201)被进一步冷却，经膨胀机(K01301)膨胀后进入上塔下塔中的上升气体通过与回流液体接触含氮量增加所需的回流液氮来自下塔顶部的冷凝蒸发器，在这里氧得到蒸发，而氮得到冷凝下塔产品及去向：①污液氮经过冷器过冷节流进入上塔，作为其回流液；②富氧液空经过冷器过冷节流后一部分进入上塔，作为其回流液；另一部分进入粗氩塔冷凝器被气化后送入上塔；③贫液空去精氩塔蒸发器过冷后一部分进入精氩塔冷凝器被气化后送入上塔， 另一部分进入上塔，作为其回流液；④纯液氮在过冷器中过冷后送入上塔顶部作回流液。

上塔产品及去向：①纯氮气从上塔顶部抽出后经过冷器和主换热器（E01201）复热至设计温度出冷箱；②污氮气从上塔上部抽出后经过冷器和主换热器（E01201）复热至设计温度出冷箱；③氩馏份从上塔中部抽出,经粗氩塔、精氩塔精馏在得到产品液氩，在液氩罐中贮存；④液氧从上塔底部抽出在液氧泵（P01301A/B）中被压缩至所需压力然后送到高压换热器中通过与高压空气进行热交换而得到产品氧气，需要时部分液氧可作为产品送出冷箱氩的提纯氩的提取采用全精馏制氩的最新技术，为了制取氩，从分馏塔上塔下部的适当位置引出一股氩馏份气送入粗氩塔Ⅰ进行精馏，使氧的含量降低；粗氩塔Ⅰ的回流液体是由粗氩塔Ⅱ底部引出经液体泵输送来的液态粗氩从粗氩塔Ⅰ顶部引出的气体进入粗氩塔Ⅱ并在其中进行深度氩氧分离，经过粗氩塔Ⅱ的精馏，在粗氩塔Ⅱ的顶部得到含氧量≤2PPm的粗氩气粗氩塔Ⅱ的顶部装有冷凝蒸发器，以过冷器后引出的液空经节流后送入其中作为冷源，绝大部分的粗氩气经冷凝蒸发器冷凝后作为粗氩塔的回流液其余部分由粗氩塔顶部引出（含氧量≤2PPm的粗氩）并送入精氩塔，精氩塔的底部装有一台蒸发器，以下塔底部引出的中压氮气作热源使液氩蒸发，同时氮气被液化。

在精氩塔的顶部装有冷凝器，以精氩蒸发器引出的液氮作为冷源，使绝大部分上升气体冷凝作为精氩塔的回流液，经过精氩塔的精馏，在精氩塔底部得到的99.999％Ar精液氩，引出冷箱作为产品液氩六、主要设备说明w 原料空气过滤器w 作用 清除原料气中的机械杂质、灰尘n 型式 采用模块化设计的自洁式过滤器n 处理空气量 ≥ 230000Nm3/hn 过滤效率 ≥ 99%n 过滤阻力 0.45~0.65KPan 安装形式 立式w 原料空气压缩机和增压空气压缩机 n 作用l 为装置提供带压原料气l 为装置提供高压氧汽化气源n 特点l 采用性能先进可靠的产品，可充分保证机器具有先进的性能指标，降低系统总体能耗原料空压机与增压机可以用同一个汽轮机拖动，节省投资费用2.1 原料空压机参数： 排　　量 148000Nm3 /h （干空气，含仪表气、工厂空气） 进口压力 94KPa(A) 进口温度 30℃ 相对湿度 72% 排气压力 (止逆阀) 0.62MPa(A) 排气温度 ≤105℃ 冷却水温 ≤32℃轴 功 率: KW主轴转速 r/min冷却水耗量 t/h 流量调节范围 75%～110% 冷凝式汽轮机（杭汽） 汽源条件： 8.83 Mpa(a) / 535℃ 冷凝压力： 0.025-0.03 Mpa(a) 型 号： 输出功率： 设计点 KW 转 速： r/min耗 汽 量： kg/kw.h（设计点耗汽量约 T/H） 2.2 增压空气压缩机参数： 1 台 考核工况 总排量 68000Nm3 /h 进口温度 16℃ 进口压力 0.58MPa(A) 排气温度 ≤40℃ 中抽气量 27000Nm3 /h 中抽压力 (出界区) 2.7MPa(A)末级气量 41000Nm3 /h 末级出口压力 (出界区) 7MPa(A) 冷却水温 ≤32℃ 流量调节范围 75%～110%l*原料空气压缩机 · 主要性能指标 空压机排气量 150000m3/h 空气进/出口压力 ～99KPa(A)/0.62MPa(A) 空气进/出口温度 30℃/≤105℃ 轴功率 ～13470KW 水 耗 ～800T/h *增压空气压缩机 · 主要性能指标 吸入压力 0.585 MPa(A) 吸入温度 16℃ 相对湿度 0% 排气压力 7.0 MPa(A) 排气量 68,000 Nm3/h 排气温度 ≤40 ℃*汽轮机 作用：利用蒸汽做功为空压机和增压及提供动力 w 空气预冷系统n 作用:冷却\洗涤原料空气特点 采用。