空分設(shè)備及深冷空分工藝流程

1、空分設(shè)備就是以空氣為原料，通過壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過精餾而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設(shè)備。目前我國生產(chǎn)的空分設(shè)備的形式、種類繁多。有生產(chǎn)氣態(tài)氧、氮的裝置，也有生產(chǎn)液態(tài)氧、氮的裝置。但就基本流程而言，主要有四種，即高壓、中壓、高低壓和全低壓流程。我國空分設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)從早期只能生產(chǎn)20m3h（氧）的制氧機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在具有生產(chǎn)20000m3h、30000m3h和50000m3h（氧）的特

2、大型空分設(shè)備的能力。空分設(shè)備從工藝流程來說可以分為5個基本系統(tǒng)：1雜質(zhì)的凈化系統(tǒng)：主要是通過空氣過濾器和分子篩吸收器等裝置，凈化空氣中混有的機(jī)械雜質(zhì)、水分、二氧化碳、乙炔等。2空氣冷卻和液化系統(tǒng)：主要由空氣壓縮機(jī)、熱交換器、膨脹機(jī)和空氣節(jié)流閥等組成，起到使空氣深度冷凍的作用。3空氣精餾系統(tǒng)：主要部件為精餾塔（上塔、下塔）、冷凝蒸發(fā)器、過冷器、液空和液氮節(jié)流閥。起到將空氣中各種組分分離的作用4加溫吹除系統(tǒng)：用加溫吹除的方法使凈化系統(tǒng)再生。

3、5儀表控制系統(tǒng)：通過各種儀表對整個工藝進(jìn)行控制。深冷空分制氮深冷空分制氮深冷空分制氮以空氣為原料，經(jīng)過壓縮、凈化、用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同，通過精餾，使它們分離來獲得氮氣。1.1.深冷制氮的典型工藝流程深冷制氮的典型工藝流程整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。1.1空氣壓縮及凈化空氣經(jīng)空氣過濾器清除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，

4、降低空氣溫度。再進(jìn)入空氣干燥凈化器，除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳?xì)浠衔铩?.2空氣分離凈化后的空氣進(jìn)入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產(chǎn)品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經(jīng)節(jié)流后送入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液，另一部分作為液氮產(chǎn)品出空分塔。由冷凝蒸發(fā)器出來的廢氣經(jīng)主換熱器復(fù)熱到約130K進(jìn)膨脹機(jī)膨脹制冷為空分塔提供冷量，膨脹后的氣體

5、一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經(jīng)消音器排入大氣。1.3液氮汽化由空分塔出來的液氮進(jìn)液氮貯槽貯存，當(dāng)空分設(shè)備檢修時，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮氣管道。深冷制氮可制取純度≧99.999%的氮氣。2.2.主要設(shè)備簡介主要設(shè)備簡介2.1空氣過濾器為減少空氣壓縮機(jī)內(nèi)部機(jī)械運(yùn)動表面的磨損，保證空氣質(zhì)量，空氣在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)之前，必須先經(jīng)過空氣過濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質(zhì)。目前空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣多采用粗效過濾器或中效過濾器。

6、2.2空氣壓縮機(jī)按工作原理，空氣壓縮機(jī)可分為容積式和速度式兩大類。目前空氣壓縮機(jī)多采用往復(fù)活塞式空氣壓縮機(jī)、離心式空氣壓縮機(jī)和螺桿式空氣壓縮機(jī)。2.3空氣冷卻器是用來降低進(jìn)入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度，避免進(jìn)塔溫度大幅度波動并可析出壓縮空氣中的大部分水分。通常采用氮水冷卻器（由水冷卻塔和空氣冷卻塔組成：水冷塔是用空分塔內(nèi)出來的廢氣冷卻循環(huán)水，空冷塔是用水冷塔出來的循環(huán)水冷卻空氣）、氟里昂空冷器。2.4空氣干燥凈化器壓縮空氣經(jīng)

7、空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳?xì)浠衔?。被冷凍的水分和二氧化碳沉積在空分塔內(nèi)會堵塞通道、管道和閥門，乙炔積聚在液氧內(nèi)有爆炸的危險，灰塵會磨損運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械。為了保證空分裝置的長期安全運(yùn)行，必須設(shè)置專門的凈化設(shè)備，清除這些雜質(zhì)?？諝鈨艋淖畛Ｓ梅椒ㄊ俏椒ê蛢鼋Y(jié)法。目前國內(nèi)在中小型制氮裝置中廣泛采用分子篩吸附法。能性?？烧{(diào)性氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度不可調(diào)，靈活性差氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性較好。氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性

8、好。經(jīng)濟(jì)適用性氣體產(chǎn)品種類多，氣體純度高，適用于大規(guī)模制氣、用氣場合。投資小、能耗低，適用于氮氣純度79%～99.99的中小規(guī)模應(yīng)用場合。膜分離制氮能耗在氮氣純度99%以下和變壓吸附制氮能耗相差不大，氮氣純度99.5%以上經(jīng)濟(jì)性比變壓吸附差。膜分離制氧工藝尚不成熟，一般產(chǎn)氧純度21%～45%，基本未得到工業(yè)應(yīng)用。投資小、能耗低，適用于氧氣純度21%～95%、氮氣純度79%～99.9995的中小規(guī)模應(yīng)用場合。RICH牌節(jié)能型變壓吸附系列制

9、氮裝置經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異，特別是氮氣純度99.9%以上的設(shè)備更體現(xiàn)了變壓吸附空分法的無與倫比的優(yōu)勢。注：其他供氣方式是基于上述空分制氣產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上的產(chǎn)業(yè)延伸，供氣過程產(chǎn)生了中間環(huán)節(jié)的費(fèi)用，增加了用氣成本，可操作性差，其中運(yùn)輸式和鋼瓶式供氣存在較大安全隱患。變壓吸附空分制氧工藝原理變壓吸附空分制氧工藝原理★變壓吸附空氣分離制氧原理空氣中的主要組份是氮和氧，通過選擇對氮和氧具有不同吸附選擇性的吸附劑，設(shè)計適當(dāng)?shù)墓に囘^程，使氮和氧分離制得氧氣。氮和氧都

10、具有四極矩，但氮的四極矩（0.31）比氧的（0.10）大得多，因此氮氣在沸石分子篩上的吸附能力比氧氣強(qiáng)（氮與分子篩表面離子的作用力強(qiáng)，如圖1所示）。因此，當(dāng)空氣在加壓狀態(tài)下通過裝有沸石分子篩吸附劑的吸附床時，氮氣被分子篩吸附，氧氣因吸附較少，在氣相中得到富集并流出吸附床，使氧氣和氮氣分離獲得氧氣。當(dāng)分子篩吸附氮氣至接近飽和后，停止通空氣并降低吸附床的壓力，分子篩吸附的氮氣可以解吸出來，分子篩得到再生并重復(fù)利用。兩個以上的吸附床輪流切換工

11、作，便可連續(xù)生產(chǎn)出氧氣。圖1、變壓吸附氣體分離基本原理示意圖氬氣和氧氣的沸點接近，兩者很難分離，一起在氣相得到富集。因此變壓吸附制氧裝置通常只能獲得濃度為90%~95%的氧氣（氧的極限濃度為95.6%，其余為氬氣），與深冷空分裝置的濃度99.5%以上的氧氣相比，又稱富氧?！镒儔何娇辗种蒲跹b置工藝簡述從上述原理可知，變壓吸附空分制氧裝置的吸附床必須至少包含兩個操作步驟：吸附和解吸。因此，當(dāng)只有一個吸附床時，產(chǎn)品氧氣的獲得是間斷的。為了連

12、續(xù)獲得產(chǎn)品氣，通常在制氧裝置中一般都設(shè)置兩個以上的吸附床，并且從節(jié)能降耗和操作平穩(wěn)的角度出發(fā)，另外設(shè)置一些必要的輔助步驟。每個吸附床一般都要經(jīng)歷吸附、順向放壓、抽空或減壓再生、沖洗置換和均壓升壓等步驟，周期性地重復(fù)操作。在同一時間，各個吸附床則分別處于不同的操作步驟，在計算機(jī)的控制下定時切換，使幾個吸附床協(xié)同操作，在時間步伐上則相互錯開，使變壓吸附裝置能夠平穩(wěn)運(yùn)行，連續(xù)獲得產(chǎn)品氣。根據(jù)解吸方法的不同，變壓吸附制氧又分為兩種工藝（參見表1

13、）：1、PSA工藝：加壓吸附（0.2～0.6MPa）、常壓解吸。投資小、設(shè)備簡單，但能耗高，適用于小規(guī)模制氧的場合。2、VPSA工藝：常壓或略高于常壓（0～50KPa）下吸附，抽真空解吸。設(shè)備相對復(fù)雜，但效率高、能耗低，適用于制氧規(guī)模較大的場合。表1、PSA和VPSA制氧裝置主要參數(shù)比較工藝流程適宜規(guī)模m3h吸附壓力KPa解吸壓力KPa氧氣純度%制氧電耗KWhm3氧氣收率%PSA≤200200～600大氣壓80～930.7～230～45

14、VPSA100～100000～50－45～－8080～950.3～0.546～68對于實際的分離過程，還必須考慮空氣中的其它微量組份。二氧化碳和水份在通常的吸附劑上的吸附能力一般要比氮和氧都大得多，可在吸附床內(nèi)填加合適的吸附劑（或利用制氧吸附劑自身）使其被吸附清除。制氧裝置所需的吸附塔數(shù)目取決于制氧規(guī)模、吸附劑性能和工藝設(shè)計思路，多塔操作時運(yùn)行平穩(wěn)性相對更好一些，但設(shè)備投資較高。目前的趨勢是：使用高效制氧吸附劑、盡量減少吸附塔數(shù)量并采用