氮?dú)獾闹圃炝鞒碳霸韕pt課件

1、氮?dú)獾闹圃炝鞒碳霸?氣體化學(xué)科目錄目錄一、大氣的組成一、大氣的組成二、主要廠家的空分方式和產(chǎn)品純度二、主要廠家的空分方式和產(chǎn)品純度三、法美空氣分別精餾的原理三、法美空氣分別精餾的原理四、空分的流程四、空分的流程 1 1、過濾及緊縮、過濾及緊縮 2 2、凈化、凈化 3 3、制冷，熱交換、制冷，熱交換 4 4、精餾、精餾一、大氣的組成一、大氣的組成(體積含量體積含量ELEMENTS基本成分基本成分SYMBOL符號(hào)符號(hào)COMPOSITIONIN VOLUME含量含量OXYGEN氧氧NITROGEN氮氮ARGON氬氬O2N2Ar20.9 %78.1 %0.93%HELIUM氦氦NEON氖氖KRYPT

2、ON氪氪XENON氙氙HYDROGEN氫氣氫氣HeNeKrXeH25.24 ppm18.18 ppm1.139 ppm0.086 ppm0.5 ppmWATER水水CARBON DIOXIDE二氧化二氧化碳碳HYDROCARBONS碳?xì)浠細(xì)浠衔锖衔颒2OCO2CH4C2+ variable 300 to 700 ppm3 to 5 ppm 0.5 ppm稀有氣體雜質(zhì)大氣中含有很多組分，其中含量最多的是氮?dú)?，約占總量的78.1%氮?dú)庑再|(zhì)不活潑，所以經(jīng)常用做維護(hù)氣，防止氧化。空氣分別ASU(Air Separate Unit)：目前世界上的空氣分別 技術(shù)主要有三種方法： 過程過程 Distil

3、lation精餾精餾Adsorption吸附器吸附器Membrane膜分離膜分離 發(fā)展發(fā)展Near 1900: Small devices producing gaseous oxygen and nitrogen氧氮小型裝置1970s: PSA N2& PSA O21980s: H2 membranes & N2 membranes開創(chuàng)者開創(chuàng)者設(shè)備設(shè)備精餾塔精餾塔分子篩分子篩Membranes(hollow fibers)二、主要廠家的空分方式和產(chǎn)品純度二、主要廠家的空分方式和產(chǎn)品純度Processes過程過程 Distillation精餾精餾Adsorption吸附吸附Me

4、mbrane膜分離膜分離Purity純度純度O2: 85% to 99.9%N2: up to 10 ppbAr, Kr, XeO2: 90% to 93%N2: up to 99.9%N2: 95%to99.9%Capacity range產(chǎn)量產(chǎn)量100 T/D to more than 3000T/D5T/Dto150 T/D 5T/D to 99.9% 13.3 g water / Nm3Cooled Compressed Air冷卻后的緊縮空氣Example:6 abs bar 15 C100 % HR= 2.3 g water / Nm3Filter過濾器Liquid PurgeLi

5、quid Purge液體被分別出液體被分別出 11 g / Nm311 g / Nm3Separator疏水器Cooler冷卻器CompressorCompressor緊縮機(jī)緊縮機(jī)空壓機(jī)本身不帶過濾器，過濾單元經(jīng)空壓機(jī)本身不帶過濾器，過濾單元經(jīng)過管道與空壓機(jī)銜接，濾芯用反吹繼過管道與空壓機(jī)銜接，濾芯用反吹繼電器控制閥門吹掃。電器控制閥門吹掃?？諌簷C(jī)：空壓機(jī)：3600KW3600KW 37800NM3/hr 37800NM3/hr 出口壓力出口壓力70psig(70psig(表壓表壓5bar)5bar) 2、空分流程、空分流程-凈化凈化 空氣被緊縮后，閱歷哪些凈化設(shè)備？空氣被緊縮后，閱歷哪些凈化

6、設(shè)備？ 冷凍機(jī)冷凍機(jī) 去除緊縮空氣中的大多數(shù)水去除緊縮空氣中的大多數(shù)水 經(jīng)過冷凍機(jī)緊縮空氣從經(jīng)過冷凍機(jī)緊縮空氣從35降低到降低到5，隨著溫度，隨著溫度 的降低，飽和空氣中的水分含量也降低，從的降低，飽和空氣中的水分含量也降低，從 而盡多能夠的冷凝空氣中的水分，并經(jīng)過而盡多能夠的冷凝空氣中的水分，并經(jīng)過 排水閥排放冷凝水排水閥排放冷凝水 吸附塔吸附塔 去除空氣中的水蒸氣去除空氣中的水蒸氣 去除空氣中的去除空氣中的CO2 去除碳?xì)浠衔锍巳コ細(xì)浠衔锍薈H4 填料：活性氧化鋁去除水分填料：活性氧化鋁去除水分 分子篩去除二氧化碳和碳?xì)浠衔锓肿雍Y去除二氧化碳和碳?xì)浠衔?吸附塔分吸附塔分A/B

7、兩塔，其中一塔吸附，一塔再生運(yùn)用污氮兩塔，其中一塔吸附，一塔再生運(yùn)用污氮 吸附塔內(nèi)的主要材質(zhì)：分子篩去除吸附塔內(nèi)的主要材質(zhì)：分子篩去除CO2和氧化鋁和氧化鋁(去除去除H2O)Air composition空氣組分空氣組分Normal正常正常Possible peak in athm. Air在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可能的最高值在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可能的最高值A(chǔ)cceptable max. in purified air空氣凈化后允許的最大值N2 Nitrogen (氮?dú)?O2 Oxygen(氧氣)Ar Argon(氬氣)78.11% 20.96% 0.93%Na(無)Na(無)H2O Water(水)Depend

8、s on weather100% at inlet of purification取決于大氣進(jìn)口的氣候100% in atm. air0,1 ppmCO2 Carbon dioxide 二氧化碳350 to 450 ppm600 ppm0,1 ppmCnHm Total carbons(without CH4)碳?xì)浜?不包括甲烷) 0.1 ppm0.5 ppm0.1 ppmNe Neon(氖氣)He Helium (氦氣)CH4 Methane (甲烷)Kr Krypton (氪氣)H2 Hydrogen (氫氣)Xe Xenon(氙氣)18 ppm5.2 ppm1 to 6 ppm 1.1

9、39 ppm 0.5 ppm0.086 ppm15 ppm8 ppm凈化前后的空氣組分凈化前后的空氣組分經(jīng)過吸附塔去除緊縮空氣中的水、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏谋匾裕航?jīng)過吸附塔去除緊縮空氣中的水、二氧化碳、碳?xì)浠衔锏谋匾裕? 1、去除水蒸氣、去除水蒸氣 在以后的深冷單元，水蒸氣將凝結(jié)成固態(tài)，呵斥管路堵塞在以后的深冷單元，水蒸氣將凝結(jié)成固態(tài)，呵斥管路堵塞2 2、去除二氧化碳、去除二氧化碳 在以后的深冷單元，二氧化碳將凝結(jié)成固態(tài)，俗稱干冰，呵斥管路在以后的深冷單元，二氧化碳將凝結(jié)成固態(tài)，俗稱干冰，呵斥管路 堵塞堵塞3 3、去除碳?xì)浠衔?、去除碳?xì)浠衔?根據(jù)周圍環(huán)境的不同，雖然含量很低，卻能再精

10、餾塔內(nèi)聚集，在氧根據(jù)周圍環(huán)境的不同，雖然含量很低，卻能再精餾塔內(nèi)聚集，在氧氣存在的環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致爆炸氣存在的環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致爆炸 3、空分流程、空分流程-制冷制冷空氣為什么需求制冷？空氣為什么需求制冷？ 將空氣溫度降低到將空氣溫度降低到-150，到達(dá)空氣液化的臨界，到達(dá)空氣液化的臨界值，進(jìn)入下一步精餾塔內(nèi)參與精餾值，進(jìn)入下一步精餾塔內(nèi)參與精餾給空氣換熱的冷量來自哪里？給空氣換熱的冷量來自哪里？精餾產(chǎn)生的低溫污氮精餾產(chǎn)生的低溫污氮精餾產(chǎn)生的低溫循環(huán)氣精餾產(chǎn)生的低溫循環(huán)氣精餾產(chǎn)生的低溫氮?dú)饩s產(chǎn)生的低溫氮?dú)釪istillation ColumnsDistillation Columns精餾塔精餾塔Mai

11、n Main ExchangerExchanger主換熱器主換熱器Pre-coolingPre-coolingPurificationPurification預(yù)冷與凈化預(yù)冷與凈化 T TAir to Air to distillation distillation columncolumn空氣去精餾塔空氣去精餾塔Production from Production from distillation distillation columncolumn出精餾塔的產(chǎn)品出精餾塔的產(chǎn)品Air Air CompressionCompression空氣緊縮空氣緊縮精餾塔層面上的冷量產(chǎn)生：精餾塔層面上的冷量

12、產(chǎn)生：冷箱層面上的冷量產(chǎn)生冷箱層面上的冷量產(chǎn)生Air CompressionAir Compression空氣緊縮空氣緊縮Heat ExtractionHeat Extraction冷量的制取冷量的制取Main ExchangerMain Exchanger主換熱器主換熱器Distillation Distillation ColumnsColumns精餾塔精餾塔Insulated cold boxInsulated cold box絕熱冷箱絕熱冷箱Pre-coolingPre-coolingPurificationPurification預(yù)冷與凈化預(yù)冷與凈化 T THeat lossesHe

13、at losses熱量損失熱量損失Heat LossesHeat Losses熱量損失熱量損失Air to Air to distillation distillation columncolumn空氣進(jìn)入精餾塔空氣進(jìn)入精餾塔Production from Production from distillation columndistillation column從精餾塔返流的產(chǎn)品從精餾塔返流的產(chǎn)品Production to liquid Production to liquid storagestorage保送到儲(chǔ)罐的液體產(chǎn)品保送到儲(chǔ)罐的液體產(chǎn)品 冷量平衡冷量平衡 Free air expa

14、nsion自在膨脹(節(jié)流) expansion with “external work (turbine) 輸出外功的膨脹 Liquid assist 輔助液體 Radiation (imperfect insulation) 熱輻射非理想情況的絕熱 Difference at the warm end of the main exchanger 主換熱器熱端溫差 Liquid products 液體產(chǎn)品Cold production冷量產(chǎn)生Cold losses冷量損失 Air separation unit空分安裝Liquid Production液體產(chǎn)品 冷損的分布：冷損的分布：Smal

15、l units小型裝置小型裝置Large units大型裝置大型裝置GAS氣體氣體LIQUID液體液體GAS氣體氣體LIQUID液體液體Insulation 絕熱絕熱70%7%20%1%Warm end gaps 熱端溫差熱端溫差30%2%80%3%Liquid production 液體產(chǎn)品液體產(chǎn)品0%91%0%96% 冷量的補(bǔ)充：冷量的補(bǔ)充： 1 1、經(jīng)過空氣節(jié)流獲得，流過閥門時(shí)空、經(jīng)過空氣節(jié)流獲得，流過閥門時(shí)空氣流會(huì)產(chǎn)生膨脹和溫降。氣體的總能量不便，氣流會(huì)產(chǎn)生膨脹和溫降。氣體的總能量不便，壓力盒溫度下降焦耳壓力盒溫度下降焦耳- -湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng) 2 2、經(jīng)過外部做功膨脹獲得，經(jīng)過膨

16、脹、經(jīng)過外部做功膨脹獲得，經(jīng)過膨脹機(jī)的空氣流會(huì)產(chǎn)生壓降和溫降，渦輪做功能機(jī)的空氣流會(huì)產(chǎn)生壓降和溫降，渦輪做功能耗費(fèi)氣體的能量，氣體的能量經(jīng)過膨脹機(jī)的耗費(fèi)氣體的能量，氣體的能量經(jīng)過膨脹機(jī)的主軸發(fā)散主軸發(fā)散 3 3、經(jīng)過液體輔助獲得，流程中注入的、經(jīng)過液體輔助獲得，流程中注入的液態(tài)氮能再流程中抵消冷損液態(tài)氮能再流程中抵消冷損膨脹循環(huán)膨脹循環(huán)膨脹循環(huán)：膨脹循環(huán)：膨脹循環(huán)：膨脹循環(huán)：HPGAN高壓氮?dú)釲IN液氮AIR空氣Q cycle 循環(huán)氮?dú)釲PGAN低壓氮?dú)釬eedCompressor進(jìn)料緊縮機(jī) 氮?dú)馀蛎泦窝h(huán)方式：氮?dú)馀蛎泦窝h(huán)方式：AIRAIR空氣空氣GANGAN氮?dú)獾獨(dú)?WN WN污氮污氮

17、GOX GOX氧氣氧氣空氣膨脹單循環(huán)方式：空氣膨脹單循環(huán)方式：AIRGAN WN GOX完好的循環(huán)過程：完好的循環(huán)過程：WN2 WN2 污氮污氮LIN LIN 液氮液氮Gaseous nitrogen to networkGaseous nitrogen to network氣氮入管網(wǎng)氣氮入管網(wǎng)LP GAN LP GAN 低壓氮?dú)獾蛪旱獨(dú)釧ir from purificationAir from purification來自凈化系統(tǒng)的空氣來自凈化系統(tǒng)的空氣C2C2C3C3D1D1ExpansionExpansionValveValve節(jié)流閥節(jié)流閥Gaseous air to MP Gaseou

18、s air to MP columncolumn氣態(tài)空氣入中壓塔氣態(tài)空氣入中壓塔下塔下塔Gaseous nitrogen to compressorsGaseous nitrogen to compressors氣氮進(jìn)緊縮機(jī)氣氮進(jìn)緊縮機(jī)Waste nitrogen to purificationWaste nitrogen to purification污氮入凈化器污氮入凈化器Liquid air to LP Liquid air to LP columncolumn液態(tài)空氣入低壓塔液態(tài)空氣入低壓塔E3E3 空分安裝源源不斷消費(fèi)氮?dú)?，精餾塔內(nèi)堅(jiān)持-150以下的低溫是怎樣做到的 冷量補(bǔ)充 1膨脹機(jī)-氣體經(jīng)過膨脹機(jī)對(duì)外做功，降低氣體的焓 值從而使氣體的溫度降低，產(chǎn)生冷量 2儲(chǔ)罐內(nèi)的液氮-法美高新B50儲(chǔ)罐，作為每次開機(jī) 啟動(dòng)的冷源，向精餾塔內(nèi)補(bǔ)充低溫液體，從而快 速讓塔內(nèi)溫度下降到適宜精餾的溫度4、空分流程、空分流程-精餾精餾 空氣中最主要的兩個(gè)組分為氮?dú)夂脱鯕?，其中氮?dú)夥悬c(diǎn)-196，氧氣沸點(diǎn)-183相對(duì)而言，氮?dú)鈱儆谝子趽]發(fā)組分，而氧氣屬于不易揮發(fā)組分易冷凝組分Most volatile element易揮發(fā)氮組分聚集在塔頂Less volatile e