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0空分工艺制作单位：生产技术部2011年12月大唐阜新能源化工工程有限公司1目录一、概述•1、空分的含义•2、空气分离的方法•二、空分装置的流程和特点•1、装置的流程•2、按流程的顺序分别介绍各个系统•三、空分设备的安全规定及一些事故案例2一、概述3空分的含义•空分的含义：空分，顾名思义即空气的分离，是利用不同的方法将空气中的各组分分离开来，从而获得所需要的氧气、氮气及一些稀有气体的过程。4空气分离的方法•空气中的主要成分是氧气、氮气、氩气、二氧化碳以及一些其它气体和杂质。它们在空气中分别以分子的状态存在,数目非常多，并且永不停息地作无规则的运动，均匀地相互搀混在一起，要将它们分开，目前主要有三种方法：低温法、吸附法、膜分离法。空气中主要组分的性质如下：名称化学符号沸点℃101.325KPa熔点℃101.325KPa密度临界点Kg/m3气体Kg/l液体℃氮N2-195.8-209.861.250.81-147氧O2-183-218.41.431.14-119氩Ar-185.7-189.21.7821.4-1225•1、低温法：•原理：是根据空气中各组分的沸点不同，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之液化，再进行精馏，从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分.此过程一直进行到气、液处于平衡状态。这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的氮浓度增加了.6•多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧和氮分离开来。•2、吸附法：•原理：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，可得到较高纯度的氧气；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，可得到较高纯度的氮气，从而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有93%左右。•3、膜分离法：•原理：它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-5倍，从而实现氧、氮的分离。膜分离的富氧浓度只能达到28～35%O2。•目前应用较多的是低温法（又叫深度冷冻法）。它的优点：生产量大，产品纯度高，电耗低且可得到液态产品，故应用广泛。7二、克旗煤制气公司配套的空分装置的流程和特点8克旗公司采用的空分装置特点•本界区空分装置共三期六套，其中主精馏塔由杭州杭氧股份公司制造，单套空分装置制氧能力48,000Nm3/h，制氮能力80,000Nm3/h，同时副产工厂空气、仪表空气、液氮和液氧。•本装置生产的纯度为99.8%的氧气主要供下游气化装置使用，作为气化炉的原料气参加反应；•纯度为99.99%的氮气供下游工艺生产使用，作为保护气和吹扫用气；•副产的工厂空气、仪表空气供所有化工区各分厂和正常生产动力车间生产装置使用，作为仪表气源和吹扫用气。9装置的流程形式•空分的设备采用的是单泵内压缩、空气增压循环、膨胀空气进下塔的内压缩流程。•空分装置流程主要分外压缩、内压缩•外压缩就是利用氧气压缩机将空分装置出来的低压产品氧气压缩至用户所需要的压力等级。•内压缩是采用液氧泵对产品液氧进行压缩，然后换热汽化的一种流程形式。•内压缩流程分类内压缩流程的形式比较多，根据流程形式大致分为三种：1、单泵、双（多）泵内压缩流程。2、空气增压循环和氮气增压循环。3、膨胀空气进上塔和膨胀空气进下塔。•内压缩流程的优点1、取消了氧压机，无高温气氧，火险隐患小，安全性好。2、从主冷大量抽取液氧，使碳氢化合物的积聚的可能性降低。10组成空分装置的几个系统•整个空分装置必须解决以下几个问题：•一、如何清除空气中的杂质；•二、如何为装置提供带压的空气；•三、如何将空气冷却到液化温度；•四、如何将空气分离成氧、氮；•五、如何将产品送到用户；•六、如何控制制氧过程中的正常进行。•为此，空分装置中相对应的建立了以下几个系统：•一、杂质的清除系统（空气过滤器和纯化系统）；•二、空气加压系统（空压机及增压机系统）；•三、空气的冷却和液化系统（预冷系统和膨胀机、换热器系统）；•四、空气的精馏系统（分馏塔系统）；•五、产品的输送、贮存系统（压氮系统和液体贮存系统）；•六、仪电控制系统。11KDON-48000/80000型空分装置简易流程•空气蒸汽空冷塔膨胀机汽轮机下塔上塔增效塔主冷压力氮气去压缩机分子筛高压氧气4.7MPa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12流程叙述•本装置为分子筛净化空气、空气增压、膨胀空气进下塔、氧气内压缩流程，带中压空气增压透平膨胀机，采用规整填料上塔、增效氩塔工艺。•原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。过滤后的空气进入离心式空压机，经原料空气压缩机压缩后进入空气冷却塔冷却。冷却水为经水冷塔冷却后的水。空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。•经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附。分子筛纯化器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生。纯化器的切换周期约为480分钟，定时自动切换。13•净化后的空气分为两股：一股进入低压板式换热器，与返流的气体换热后出换热器底部后进入下塔；另一股去空气增压机。•进入空气增压机的空气经增压机第一段增压后分为两股：一股直接出增压机，经后过冷器冷却后进入膨胀机的增压风机中增压，然后被冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，再从高压板式换热器中部抽出进入膨胀机去膨胀。膨胀后的空气送入下塔。•另一股空气在增压机的第二段继续增压并经后冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热。这部分高压空气从换热器底部抽出经节流进入下塔。•空气经下塔初步精馏后，获得液空和污液氮，并经过冷器过冷后节流进入上塔。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，并经液氧泵压缩后进入高压板式换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网。另抽取液氧送入液氧贮存系统。•在下塔顶部获得纯液氮，送入液氮贮存系统。•14•在下塔顶部抽取压力氮气，经低压板式换热器复热后出冷箱，进入氮气管网。从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入增效粗氩塔，氩馏份经增效粗氩塔精馏后得到粗氩气。粗氩气经过低压板式换热器复热后出冷箱，可以与污氮气汇合去水冷塔也可以单独作为粗氩气产品。从上塔顶部抽取低压纯氮气经过冷器、低压板式换热器复热后送入水冷塔或送入用户管网。从上塔上部引出污氮气经过冷器、低压板式换热器和高压板式换热器复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统的蒸汽加热器，作为分子筛再生气体，其余污氮气去水冷塔。下面分别介绍流程中的各个系统。151、空气过滤系统在工业区的空气含尘量一般为1-5mg/m3。灰尘粒度为0.5-20μm，以10000m3/h制氧机的加工空气量估算，每天随加工空气带到空分装置的灰尘就有10kg之多。空压机如果直接吸入这样脏的空气，很快就会损坏，因此，在进入空压机之前均设置空气过滤器，清除空气中的固体杂质。固体杂质颗粒直径大于100μm的在重力作用下会自动降落，小0.1μm的极小粒子不致引起危害,所以需要净除的对象为100-0.1μm的尘粒,空气过滤器主要捕集的是10０-0.1μm的尘粒.净除后空气中含固体杂质的量小于0.5mg/m3。16•一、除尘的方式：•1、过滤除尘：使含尘气体通过滤料，将尘粒分离捕集。•2、惯性除尘：是使气流进行急剧的方向改变，借尘粒本身的惯性力作用将其分离。•3、离心力除尘：使含尘气体作旋转运动。•4、洗涤除尘：液滴、液膜、气泡、粘附。•5、静电除尘。•二、过滤器的分类：•空气过滤器可分为干式或湿式两种。干式过滤器属于表面式过滤器，靠织物网眼阻挡尘粒；湿式过滤器靠油膜粘住灰尘。17自洁式过滤器18原料空气压缩机和增压空气压缩机作用：提供带压原料空气结构：成套进口德国曼透平公司的产品，由汽轮机拖动两台离心式压缩机空压机排气量：251000Nm3/h,0.595MPa(A)增压机流量压力一级:6000Nm3/h,0.80MPa(A)一段：25000Nm3/h,2.82MPa(A)二段：83000Nm3/h,7.30MPa(A)2、空压机及增压机系统19原料空气压缩机和增压空气压缩机•原料空气压缩机和增压空气压缩机均采用离心式压缩机，由透平蒸汽轮机驱动。原料空气压缩机的作用是为装置提供带压原料气，增压空气压缩机的作用是为装置提供膨胀及液氧气化的气源。20原料空气压缩机空压机为水平剖分外挂悬臂蜗室结构，第一级叶轮外挂悬臂，入口处带有可调进口导叶，第二、三、四级叶轮与一级叶轮同向布置，一、二、三级后均设内置式中间冷却器。21增压空气压缩机型式：整体齿轮式进入空气增压机的空气经增压机第一段增压后分为两股：一股直接出增压机，经后冷却器冷却后进入膨胀机的增压风机中增压，然后被冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，再从高压板式换热器中部抽出进入膨胀机去膨胀。膨胀后的空气直接送入下塔。另一股空气在增压机的第二段继续增压并经后冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，与高压液氧及返流污氮气进行换热。这部分高压空气从换热器底部抽出经节流进入下塔。223、预冷系统•空气冷却塔•作用：把空压机出来的高温气体（116℃）冷却到17℃•结构：填料塔•使用方式：空气从空冷塔下部进入，在填料表面与自上而下流过的冷却水和常温水进行热质交换，使空气冷却并洗除空气中的一些有害杂质，冷却水来自水冷塔。234、纯化系统分子筛纯化系统作用：吸附空气中水分、乙炔、CO2及一些碳氢化合物。结构：卧式圆筒体，内设支承栅架。使用方式：由于分子筛的吸附特性将空气中的水份、乙炔、CO2等吸附，后被高温气体反向再生。分子筛吸附器成对交替使用，一只工作时，另一只被再生。24设置此系统的必要性•空气是多组分组成，除氧气、氮气等气体组分外，还有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量的灰尘等固体杂质。•这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会到来较大危害，固体杂质会磨损空压机运转部件，堵塞冷却器，降低冷却效果；水蒸气和二氧化碳在空气冷却过程中会冻结析出，将堵塞设备及气体管道，致使空分装置无法生产；乙炔进入空分装置后会导致爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，清除这些杂质是非常有必要的。25分子筛的吸附顺序。CH4C2H6C3H8N2OC2H4CO2C2H2C3H6nC4H10iC4H10C6H6C3H6OO3NOH2O甲烷CH4乙烷C2H6丙烷C3H8一氧化二氮N2O乙烯C2H4二氧化碳CO2乙炔C2H2丙烯C3H6正丁烷nC4H10异丁烷iC4H10苯C6H6丙酮C3H6O臭氧O3一氧化氮NO水H2O设计吸附率CO2含量为0.1ppm时的吸附率0%0%65%65%85%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%0%0%50%50%70%100%100%100%100%100%100%100%100%100%100%265、膨胀机系统膨胀机作用：膨胀机是空分设备的心脏部机之一，由气体在膨胀机中等熵膨胀而制取冷量，补充系统冷损。27透平膨胀机制冷的基本原理•膨胀机是为空分装置提供冷量的设备，根据能量转换和守恒定律，气体在透平膨胀机内进行绝热膨胀对外作功时，气体的能量一定要减少，从而使气体本身强烈地冷却，而达到制冷的目的。28影响膨胀机制冷量大小的因素•1、膨胀量：•膨胀量越大，氧提取率越底，膨胀量需同时满足冷量平衡及精馏工况的需求。•2、机前温度：•提高机前温度，单位制冷量提高；•3、机前压力：•提高机前压力，增大膨胀比，