空分設(shè)備及深冷空分工藝流程資料

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)岀氧氣、氮?dú)饧皻?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)20m3/h （氧）的制氧機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在具有生產(chǎn)20000 m3/h、30000 m3/h 和50000 m3/h （氧）的特大型空分設(shè)備的能力。空分設(shè)備從工藝流程來說可以分為5個(gè)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

2、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。5儀表控制系統(tǒng)：通過各種儀表對(duì)整個(gè)工藝進(jìn)行控制。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(diǎn)不同，通過精餾，使它們分離來獲得氮?dú)狻?. 深冷制氮的典型工藝流程整個(gè)流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成

3、。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，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?dú)狻U氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮?dú)猓?空經(jīng)節(jié)流后送入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)，同時(shí)冷凝由精餾塔送來的部分氮?dú)?，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 岀空分塔。由冷凝蒸發(fā)器岀來的廢氣經(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，膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經(jīng)消

4、音器排入大氣。1.3 液氮汽化由空分塔岀來的液氮進(jìn)液氮貯槽貯存，當(dāng)空分設(shè)備檢修時(shí)，貯槽內(nèi)的液氮進(jìn)入汽化器被加熱后，送入產(chǎn)品氮?dú)夤艿?。深冷制氮可制取純度?9.999%勺氮?dú)狻?. 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(dòng)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。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

5、氣的溫度，避免進(jìn)塔溫度大幅度波動(dòng)，并可析岀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)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(huì)堵塞通 道、管道和閥門，乙炔積聚在液氧內(nèi)有爆炸的危險(xiǎn)，灰塵會(huì)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。2.5 空分塔空分塔內(nèi)主要包括有

6、主換熱器、液化器、精餾塔、冷凝蒸發(fā)器等。主換熱器、冷凝蒸發(fā)器和液化器為板翹式換熱器是一種全鋁金屬結(jié) 構(gòu)新型組合式間壁式換熱器，平均溫差很小，換熱效率高達(dá)98-99%。精餾塔為空氣分離的設(shè)備，塔設(shè)備的類型按內(nèi)件劃分，設(shè)置篩孔板的稱篩板塔，設(shè)置泡罩板的稱泡罩塔，堆放填料的稱填料塔。篩孔板結(jié)構(gòu)簡單、便于制造、塔板效率高，因此在空分精餾塔中被廣泛使用。填料塔主要用于直徑小于 0.8m，高度不大于7m的精餾塔。泡罩塔由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難現(xiàn)已很少使用。2.6 透平膨脹機(jī)是制氮裝置用來產(chǎn)生冷量的旋轉(zhuǎn)式葉片機(jī)械，是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機(jī)按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向 心徑流式和向心徑軸

7、流式；按氣體在葉輪中是否繼續(xù)膨脹又分為反擊式和沖擊式，繼續(xù)膨脹為反擊式，不繼續(xù)膨脹為沖擊式?？辗衷O(shè)備中 廣泛采用單級(jí)向心徑軸流反擊式透平膨脹機(jī)。深冷空分制氮設(shè)備復(fù)雜、占地面積大，基建費(fèi)用高，設(shè)備一次性投資多，運(yùn)行成本高，產(chǎn)氣慢，安裝要求高周期長。深冷空分制氮裝置宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，在中、小規(guī)模制氮就顯得不經(jīng)濟(jì)。在3500Nm3/h以下的設(shè)備，相同規(guī)格的 PSA裝置的投資規(guī)模要比深冷空分裝置低 20% 50%?？諝夥蛛x制氧的主要工藝及其比較氧氣在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有廣泛的用途，空氣中含有21% (體積濃度)的氧氣，是最廉價(jià)的制氧原料，因此氧氣一般都通過空氣分離制取?？諝夥蛛x制氧主要工藝1. 深

8、冷分離工藝：傳統(tǒng)制氧技術(shù)，氧氣純度高、產(chǎn)品種類多，適用于大規(guī)模制氧。2. 變壓吸附工藝(PSA):新興技術(shù)，投資小、能耗低，適用于氧氣純度不太高、中小規(guī)模應(yīng)用場合。3. 膜分離工藝：尚不成熟，基本未得到工業(yè)應(yīng)用。深冷空分制氧工藝II膜分離工藝II變壓吸附制氧工藝的比較項(xiàng)目深冷空分法膜分離空分法變壓吸附空分法分離原理將空氣液化，根據(jù)氧和氮沸點(diǎn)不同 達(dá)到分離。根據(jù)不同氣體分子在膜中的溶解擴(kuò)散性 能的差異來完成分離。加壓吸附，降壓解吸，利用氧氮吸附能 力不同達(dá)到分離。裝置特占八、工藝流程復(fù)雜，設(shè)備較多，投資大。工藝流程簡單，設(shè)備少，自控閥門少，投 資較大。工藝流程簡單，設(shè)備少，自控門較多， 投資省。

9、工藝特占八、160-190C低溫下操作常溫操作常溫操作操作特占八、啟動(dòng)時(shí)間長，一般在1540小時(shí)，必須連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，不能間斷運(yùn)行，短 暫停機(jī)，恢復(fù)工況時(shí)間長。啟動(dòng)時(shí)間短，一般在一般w 20mi n,可連 續(xù)運(yùn)行，也可間斷運(yùn)行。啟動(dòng)時(shí)間短，一般w 30min,可連續(xù)運(yùn) 行，也可間斷運(yùn)行。維護(hù)特占八、沒備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，維修 呆養(yǎng)技術(shù)難度大，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)難度低，維 護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)難度低， 維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低。土建及 安裝特 占 八、占地面積大，廠房和基礎(chǔ)要求高， 工程造價(jià)高。安裝周期長，技術(shù)難度大，安裝費(fèi) 用高。占地面積小，廠房無特殊要求，造

10、價(jià)低。 安裝周期短，安裝費(fèi)用低。占地面積小，廠房無特殊要求，造價(jià)低。 安裝周期短，安裝費(fèi)用低。產(chǎn)氣成 本3).5 1.0KW.H/Nm以RICH膜分離制氮設(shè)備單位產(chǎn)氣量能耗 為例：單位產(chǎn) 98%純度氮?dú)獾碾姾臑?0.29KW.H/Nm3。以RICH常溫變壓吸附制氮設(shè)備單位產(chǎn) 氣量能耗為例：單位產(chǎn)98%純度氮?dú)獾碾姾臑?0.25KW.H/Nm。安全性在超低溫、高壓環(huán)境運(yùn)行可造成碳 氫化合物局部聚集，存在爆炸的可 能性。常溫較高壓力下操作，不會(huì)造成碳?xì)浠?物的局部聚集。常溫常壓下操作，不會(huì)造成碳?xì)浠衔?的局部聚集。可調(diào)性氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度不可調(diào)，靈活 生差氣體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性較好。氣

11、體產(chǎn)品產(chǎn)量、純度可調(diào)，靈活性好。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?dú)饧兌?9%99.99的中小規(guī)模應(yīng)用場合。膜分離制氮 能耗在氮?dú)饧兌?99%以下和變壓吸附制氮 能耗相差不大，氮?dú)饧兌?9.5%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?dú)饧兌?9%99.9995的中小規(guī) 模應(yīng)用場合。RICH牌節(jié)能型變壓吸附 系列制氮裝置經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異，特別是氮?dú)?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(shì)。注：其他供氣方式是基于上述

12、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氣分離制氧原理空氣中的主要組份是氮和氧，通過選擇對(duì)氮和氧具有不同吸附選擇性的吸附劑，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)墓に囘^程，使氮和氧分離制得氧氣。氮和氧都具有四極矩，但氮的四極矩（0.31?）比氧的（0.10?）大得多，因此氮?dú)庠诜惺肿雍Y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(shí)，氮?dú)獗环肿雍Y吸附，氧氣因吸 附較少，在氣相中得到富集并流岀吸附床，使氧氣和氮?dú)夥蛛x獲得氧

13、氣。當(dāng)分子篩吸附氮?dú)庵两咏柡秃?，停止通空氣并降低吸附床的?力，分子篩吸附的氮?dú)饪梢越馕鼘鐏?，分子篩得到再生并重復(fù)利用。兩個(gè)以上的吸附床輪流切換工作，便可連續(xù)生產(chǎn)岀氧氣。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(diǎn)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。變壓吸附空分制氧裝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(gè)操作步驟：吸附和解吸。因此，當(dāng)只有一個(gè)吸附床時(shí)，產(chǎn)品氧氣的 獲得是間斷的。為了連續(xù)獲得產(chǎn)品氣，

14、通常在制氧裝置中一般都設(shè)置兩個(gè)以上的吸附床，并且從節(jié)能降耗和操作平穩(wěn)的角度岀發(fā)，另外設(shè) 置一些必要的輔助步驟。每個(gè)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(shí)間，各個(gè)吸附 床則分另U處于不同的操作步驟，在計(jì)算機(jī)的控制下定時(shí)切換，使幾個(gè)吸附床協(xié)同操作，在時(shí)間步伐上則相互錯(cuò)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）:1、 PSA工藝：加壓吸附（0.20.6MPa）、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（050KPa

15、）下吸附，抽真空解吸。設(shè)備相對(duì)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I適宜規(guī)模|吸附壓力 I解吸壓力|氧氣純度I1制氧電耗|I氧氣收率程|m3/h1KPa|KPa|1% 13| KWh/m1 %PSA| < 200200600大氣壓80 930.7 230 45VPSA| 10010000050458080 950.3 0.546 68對(duì)于實(shí)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

16、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(jì)思路，多塔操作時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)性相對(duì)更好一些，但設(shè)備投資較高。目前的趨勢(shì)是：使用高效 制氧吸附劑、盡量減少吸附塔數(shù)量并采用短操作周期，以提高裝置的效率并盡可能節(jié)約投資。中控 空分裝置自動(dòng)化解決方案一、前言中控一直致力于空分裝置行業(yè)生產(chǎn)過程的工藝、設(shè)備、控制與生產(chǎn)管理的工程及應(yīng)用研發(fā)，通過采用先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)、專業(yè)的工程實(shí)施隊(duì)伍、領(lǐng)先的控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)代測量技術(shù)，中控能為廣大空分裝置行業(yè)用戶提供針對(duì)空分裝置行業(yè)生產(chǎn)裝備與工藝的綜合自動(dòng)化整體解決方案。目前成功實(shí)施的制氧（空分）裝置項(xiàng)目有近百個(gè)，其中產(chǎn)量在1萬m3/h以上的裝置項(xiàng)目有近三十

17、個(gè)。中控與杭氧股份有限公司、開封空分集團(tuán)有限公司、四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司都有過良好的合作，積累了豐 富的制氧（空分）裝置項(xiàng)目管理、實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)現(xiàn)空分裝置行業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、優(yōu)化工藝、降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程快速、穩(wěn)定、 高效運(yùn)行的同時(shí)，也為空分裝置行業(yè)用戶應(yīng)對(duì)激烈市場競爭提供了全方位的技術(shù)與產(chǎn)品支持。二、制氧（空分）工藝簡介深度冷凍技術(shù)是當(dāng)前使用最為廣泛的空氣分離技術(shù)，也是各國在空氣分離技術(shù)競爭上的焦點(diǎn)。深冷空分的基本工藝流程是：空氣從空氣吸入塔進(jìn)入工藝系統(tǒng)，經(jīng)過過濾和空氣壓縮機(jī)加壓后，進(jìn)入空氣預(yù)冷塔，用冷卻水對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，經(jīng)冷卻后的空氣送入純化系統(tǒng)（MS系統(tǒng)），空氣經(jīng)過純化系統(tǒng)吸附凈化后，除去空氣中的水分、C02和乙炔等部分碳?xì)浠衔铩＝?jīng)凈化的空氣在膨脹機(jī)中進(jìn)行膨脹,溫度急劇下降。在分餾塔系統(tǒng)中，經(jīng)前面工段加壓、凈化、膨脹的空氣將實(shí)現(xiàn)分離，最終得到氧氣和氮?dú)?。三、制氧（空分）行業(yè)控制方案在整個(gè)空分生產(chǎn)裝置的控制形式上，大部分采用的是常規(guī)控制。整個(gè)空分系統(tǒng)控制的難點(diǎn)和重點(diǎn)是空壓機(jī)組的聯(lián)鎖保護(hù)和防喘振控制、分子篩（純化器）系統(tǒng)的時(shí)序控制，還有外壓縮流程的氧透/氮透聯(lián)鎖啟停過程控制和內(nèi)壓縮流程的循環(huán)