制氧工藝流程介紹

制氧工藝流程介紹

講解內(nèi)容建設(shè)規(guī)模設(shè)備介紹流程描述建設(shè)規(guī)?？辗炙饕O(shè)施配置空壓機(jī)

灌區(qū)主要設(shè)施配置

大型壓縮機(jī)設(shè)備自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)配置世界先進(jìn)水平的DCS集散系統(tǒng)，由工程師站和操作員站組成，并留有與三級的接口，可以和能源中心、煉鐵、煉鋼主系統(tǒng)通訊。原料及動力供應(yīng)空氣39.7萬m3/h儀表氣10.6m3/min蒸汽6.9t/h廠區(qū)管網(wǎng)110KV變電站循環(huán)冷卻水設(shè)施電力97613KW補(bǔ)充水300t/h鐵區(qū)220KV變電站鋼區(qū)220KV變電站廠區(qū)工業(yè)水管網(wǎng)氧氣廠工藝流程簡介

工藝流程

制氧機(jī)組是采用全低壓、雙高帶氬流程，規(guī)整填料塔，全精餾（無氫）制氬和快速變負(fù)荷的工藝流程。本工藝流程特點(diǎn)是：安全可靠、操作穩(wěn)定，能耗低、維修量少、壽命長。空氣過濾器壓縮機(jī)空氣預(yù)冷及凈化系統(tǒng)空分產(chǎn)品及輸配液罐區(qū)外銷制氧工藝流程框圖各用戶3×1000m3氧氣球罐(3.0MPa)空氣1×4000m3LO罐1×4000m3LN罐1×1000m3

LAr罐流程描述

一、壓縮、預(yù)冷和前端凈化首先空氣經(jīng)過空氣過濾器(F01)，出來的流程空氣被去除了塵埃和其他機(jī)械雜質(zhì)，再經(jīng)過三級離心空壓機(jī)(C01)壓縮至所需壓力(0.6MPa),出口空氣溫度90℃-140℃。進(jìn)入末端冷卻器(C01E)，用常溫水加以冷卻，再通過空冷塔

(E07)，利用低溫水進(jìn)行冷卻清洗后送至吸附器。該低溫水是通過氮水塔(E60)及冷凍水機(jī)組(X60)冷卻后循環(huán)使用。在吸附器中大量有害元素像CO2，H2O，CH化合物可以被去除。吸附器是由兩只充填氧化鋁和分子篩的純化器(R01)和(R02)所組成的一個(gè)吸附水、二氧化碳和碳?xì)浠衔锏奈较到y(tǒng)。這兩個(gè)純化器交替運(yùn)行：當(dāng)一只在運(yùn)行的時(shí)候，另一只被來自冷箱的污氮再生，常規(guī)再生時(shí)，污氮在再生加熱器(E08)中加熱后送到純化器；必要時(shí)可用特殊再生電加熱器(E09)加熱,進(jìn)行特殊再生。

采用變溫吸附系統(tǒng)，所有流程空氣通過氧化鋁去除水分，然后在分子篩層吸附CO2，同時(shí)還有乙炔、異丁烷和更重的烴類。多數(shù)烴類如異丁烷和重質(zhì)烴幾乎全被去除，而丙烷、乙烯和氧化亞氮只能被部分去除。為確?？諝鈨艋b置的正常運(yùn)行，從而減少碳?xì)浠衔镞M(jìn)入主冷凝蒸發(fā)器和粗氬冷凝器的可能性，安裝一套CO2分析儀以不間斷地測得空氣純化裝置出口的CO2含量。任何偶爾的或非偶然的CO2侵入都應(yīng)調(diào)查并根除。經(jīng)常檢查CO2分析儀的準(zhǔn)確性以確保進(jìn)入冷箱前的空氣中的CO2含量能及時(shí)檢測。雙層床純化器的設(shè)計(jì)采用固定床并有一個(gè)自清洗系統(tǒng)，把分子篩的磨蝕和酸蝕的風(fēng)險(xiǎn)降至最低程度，塵埃進(jìn)入的可能性也降至最低限度，因?yàn)閴m埃一旦進(jìn)入冷箱，最終將進(jìn)入主冷凝蒸發(fā)器，引起設(shè)備堵塞。二、空氣凈化系統(tǒng)分子篩

分子篩是人工合成的晶體鋁硅酸鹽，也有天然的，俗稱泡沸石。外型有條狀的和球狀的，粒度為2-6mm。分子篩內(nèi)部空穴占體積的50﹪左右，平均每克分子篩有700-800㎡的內(nèi)表面積。吸附過程產(chǎn)生在空穴內(nèi)部，它能把小于空穴的分子吸入孔內(nèi)，把大于空穴的分子擋在孔外，起著篩分分子的作用。分子篩的主要特性有：吸附力極強(qiáng)；干燥度極好，對高溫和高速氣流都有良好的干燥能力；穩(wěn)定性好；對水的吸附能力極強(qiáng)，其次是乙炔和二氧化碳。吸附過程中空氣的壓力越大，溫度越低，吸附效果越好；而再生過程中壓力越低，溫度越高，再生效果越好。再生方法一般有兩種：一種是利用吸附劑高溫時(shí)吸附容量降低的原理，把加熱氣體通入吸附劑層，使吸附劑溫度升高，被吸附組分解吸，然后被加溫氣體帶出吸附器。另一種是降壓再生或壓力交變再生。

主要設(shè)施配置

立式徑向流分子篩吸附器

分子篩工作過程吸附裝置三、空氣精餾

凈化空氣主氣流直接進(jìn)入冷箱，并在主換熱器(E01)中與低溫產(chǎn)品進(jìn)行對流熱交換而冷卻至接近于露點(diǎn)。然后這股氣流進(jìn)入中壓塔(K01)底部進(jìn)行首次分離。上升氣體和下降液體接觸后，氣體中氮的含量升高，液體中的氧的含量升高。上升到中壓塔頂部主冷凝蒸發(fā)器(E02)中的氮?dú)獗环序v的液氧冷凝。首次分離后將空氣初步分離成含氧38%-40%的富氧液空和含氮99%以上的液氮。然后將富氧液空經(jīng)節(jié)流降壓后送到上塔中部，作為近一步精餾的原料。上塔的分離過程和下塔基本相同。精餾塔內(nèi)的工作原理壓縮空氣送入下塔的下部，作為下塔的上升氣體。因?yàn)樗?1%，在0.6MPa下，對應(yīng)的飽和溫度100.05K。在主冷凝蒸發(fā)器中冷凝的液氮從下塔頂部下流，作為回流液。因其含氧量為0.01%-1%,在0.6MPa下的飽和溫度是96.3K。下塔的上升氣每經(jīng)過一塊塔板就會遇到比它溫度低的液體，氣體本身的溫度就會降低，并有部分蒸氣冷凝成液體。由于氧是難揮發(fā)組分，氮是易揮發(fā)組分，在冷凝過程中，氧要比氮較多的冷凝下來，于是剩下的蒸氣中含氮量有所提高。經(jīng)過數(shù)個(gè)塔板，到塔頂后，蒸氣中的氧絕大部分已經(jīng)冷卻到液體中去了，其含氮濃度高達(dá)99%以上。這部分氮?dú)獗灰街骼淠舭l(fā)器中，放出熱量后全部冷凝成液氮，其中一部分作為下塔的回流液從上往下流動。液體在流動過程中，每經(jīng)過一塊塔板遇到下面上升的溫度較高蒸汽，吸熱后有一部分液體要?dú)饣?。在氣化過程中，由于氮是易揮發(fā)組分，氧是難揮發(fā)組分，因此氮比氧較多的蒸發(fā)出來，剩下的液體中氧濃度就有所提高。到達(dá)塔底就可得到氧含量為38%-40%的液空。因此，經(jīng)過下塔的精餾，可以將空氣初步分離成含氧38%-40%的富氧液空和含氮99%以上的液氮。然后將液空經(jīng)節(jié)流降壓后送到上塔中部，作為近一步精餾的原料。與下塔精餾的原理相同，液體下流時(shí)，經(jīng)多次部分蒸發(fā)，氮較多的蒸發(fā)出來，于是下流液中的含氧濃度不斷提高，到達(dá)上塔底部得到含氧99.2%-99.6%的液氧。如果需要純氮產(chǎn)品還要再次精餾，才能得到含氮99.9%的純氮產(chǎn)品。這就是精餾塔中經(jīng)空氣分離成氧、氮的過程。中壓塔(K01)從上到下，產(chǎn)出如下產(chǎn)品：中壓氣氮純氮回流液中壓純液氮

低純氮回流液富氧液空富氧液空里中壓氣氮送入精氬塔蒸發(fā)器(E15)。純氮回流液、低純氮回流液、富氧液空和液體空氣在過冷器(E03)中過冷后，送入低壓塔（K02）。

低壓塔(K02)產(chǎn)生如下產(chǎn)品：在底部的液氧從低壓塔(K02)的底部抽出液氧，全部經(jīng)過冷器(E03)冷卻后送入貯罐。其中小部分作為液氧產(chǎn)品。在頂部的純氣氮和液氮該氣氮送入過冷器(E03)，用來過冷來自中壓塔的液體，然后進(jìn)入主換熱器復(fù)熱至大氣溫度。經(jīng)氮壓機(jī)(C50)增壓至所需壓力(3.1MPa(A))后送入管網(wǎng)。產(chǎn)品液氮可送入貯罐。在中間位置的富氬餾份

空分所需的冷量是通過透平膨脹機(jī)(ET01A/B)膨脹低溫增壓氮?dú)鈦慝@得。膨脹的氮?dú)鈦碜缘獕簷C(jī)(C05)的出口（約6.0MPa）,經(jīng)主換熱器(E01)換熱冷卻,從主換熱器(E01)中部抽出去透平膨脹機(jī),膨脹后的氮?dú)馑腿胫袎核?K01)。當(dāng)需要生產(chǎn)大量液體時(shí),從主換熱器的中部抽出中壓氮?dú)?，進(jìn)入膨脹機(jī)(ET02)膨脹，膨脹后送回主換熱器(ET01)入口，進(jìn)行循環(huán)膨脹。該透平膨脹機(jī)的制動是通過電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。四、冷量需求膨脹機(jī)

透平膨脹機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式制冷機(jī)械，它由蝸殼、導(dǎo)流器、工作輪和擴(kuò)壓器組成。當(dāng)有一定壓力的空氣進(jìn)入膨脹機(jī)的蝸殼后，被均勻分配到導(dǎo)流器中，導(dǎo)流器上裝有噴嘴葉片。氣體在噴嘴中將氣體的熱力學(xué)能轉(zhuǎn)換成流動的動能，氣體的壓力和焓值降低。當(dāng)高速氣流沖到葉輪的葉片上時(shí)，推動葉輪旋轉(zhuǎn)并對外做功，將氣體的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。通過轉(zhuǎn)子軸帶動制動風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)或增壓機(jī)對外輸出功。從氣體流經(jīng)膨脹機(jī)的整個(gè)過程來看，氣體壓力降低是一個(gè)膨脹過程，同時(shí)對輸出了功。輸出外功是靠消耗了氣體內(nèi)部的能量，反映出溫度的降低和焓值的減少，即使從氣體內(nèi)部取出了一部分能量，也就是通常所說的制冷量。主要設(shè)施配置大型低溫液體泵透平膨脹機(jī)因?yàn)槔湎涞母叨认拗?，粗氬塔被分成了兩部分。粗氬?T4110/T4111)和精氬塔(T4112)內(nèi)部都裝有規(guī)整填料。在粗氬塔內(nèi)，氧是通過低溫精餾的方法去除的。來自低壓塔(T3212)的氬富集氣體被用來作為粗氬塔的進(jìn)氣。粗氬塔的回流液由在熱交換器中冷凝無氧氬氣的主體部分和在頂部冷凝器(E4116)內(nèi)來自壓力塔(T3211)底部的液體形成。來自精氬塔底部的液氬，在精氬蒸發(fā)器(E4118)中富集液的作用下蒸發(fā)，送回到精氬塔(T4112)，保證精餾能持續(xù)進(jìn)行。液氬產(chǎn)品(LAR)能從精氬塔(T4112)底部抽出，輸入貯槽。液氬的其中一部分由一個(gè)往復(fù)泵(P4568A/B)進(jìn)行壓縮，達(dá)到所需壓力。所壓縮的液氬流入主加熱交換器內(nèi)，在流程氣的作用下蒸發(fā)并加熱，然后輸入氬產(chǎn)品線。五、氬的精餾提取

1、氪氙的提取大氣中的氪氙含量是極低的，氪含量約為1ppm，氙含量約為0.08ppm。這些稀有氣體可在一個(gè)低溫氣體分離裝置內(nèi)，通過富集與各種凈化步驟從大氣中進(jìn)行提取。因?yàn)殡措臍饣瘔毫Ρ妊醯臍饣瘔毫Φ停蛪核?T3212)底部的液氧是富含氪氙的。液氧中氪氙的最終富集由氪氙富集塔(T5111)來執(zhí)行。出冷凝蒸發(fā)器(E3216)的含有氪氙微量的液氧，被輸入氪氙富集塔底部。液氧泵(P3568A/B)輸出的液氧作為氪氙富集塔的回流液。蒸發(fā)器(E5127)以來自壓力塔(T3211)頂部的氮?dú)庾鳛闊嵩?。頂部氧氣被再循環(huán)進(jìn)入低壓塔。來自富集塔(T5111)底部的富集氪氙的液氧，貯存于液產(chǎn)品貯罐中。

2、氦氖的提取氦(He)氖(Ne)在大氣中含量極低，氦含量約為5.2ppm，氖含量約為18ppm。這些稀有氣體可以通過富集，經(jīng)過各種凈化步驟，在一個(gè)低溫空氣分離裝置中獲得提取。因?yàn)楹つ实臍饣瘔毫Ρ鹊臍饣瘔毫Ω?，氖氦不會被主冷凝蒸發(fā)器(E3216)和氪氙蒸發(fā)器(E117)內(nèi)的氮?dú)庖夯Ｒ虼死淠蟮氖Ｓ鄽怏w中是富含氦與氖的。來自主冷凝蒸發(fā)器和氪氙蒸發(fā)器的氖氦富氣通過氖氦富集塔(T6211)時(shí)，氖氦向塔的頂部進(jìn)一步富集，并降低了氮含量。七、稀有氣體的提取在頂部冷凝器(E6116)，從過冷器(E3316)抽出的液氮被蒸發(fā)，以產(chǎn)生精餾所需的回流液。蒸發(fā)氮?dú)夂痛帜屎ひ黄鹪趽Q熱器(E6124)中復(fù)熱后，氮?dú)夥趴罩链髿?，而粗氖氦氣體則被輸送至氣體貯存容器。對于可能存在于冷凝蒸發(fā)器的碳?xì)浠衔锖脱趸瘉喌募?，將采取以下預(yù)防措施：主動預(yù)防第一道預(yù)防是通過正確操作前端凈化吸附裝置盡可能避免碳?xì)浠衔镞M(jìn)入主冷凝蒸發(fā)器：除了去除流程空氣中的水份，凈化吸附裝置必須能非常有效地去除CO2。監(jiān)測凈化后的空氣中的CO2的含量不僅有助于正確操作凈化吸附裝置以去除CO2和碳?xì)浠衔铮覝p少了固態(tài)CO2引起主冷凝蒸發(fā)器通道阻塞的可能性。若有CO2出純化吸附裝置現(xiàn)象發(fā)生，則應(yīng)相應(yīng)降低兩只純化器切換運(yùn)行的周期。同時(shí)，前端凈化吸附裝置能部分去除氧化亞氮，減少其進(jìn)入主冷凝蒸發(fā)器的可能。第二道預(yù)防碳?xì)浠衔镞M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器的防范是從冷凝蒸發(fā)器浴液中不斷地排放液體。預(yù)防措施本裝置采用液氧泵內(nèi)壓縮流程，產(chǎn)品氧以液態(tài)形式出精餾塔，因此碳?xì)浠衔锓e聚的可能性極小。而且由于主冷凝蒸發(fā)器為全浸沒浴式蒸發(fā)器，故氧化亞氮干蒸發(fā)析出的可能性極小。盡管有這些預(yù)防措施，但一段時(shí)間以后，一些雜質(zhì)仍可能沉積在主冷凝蒸發(fā)器的波紋片上。作為一項(xiàng)附加措施，冷凝蒸發(fā)器必須在為每套裝置專門確定的加溫周期內(nèi)通過徹底解凍加以清潔。為確保有效解凍，應(yīng)關(guān)注冷凝蒸發(fā)器出口的解凍氣體溫度和水分，只有當(dāng)達(dá)到所需的干燥度和溫度后才可停止解凍。被動預(yù)防分析儀用于監(jiān)察主動預(yù)防措施是否運(yùn)行正常、有效。用一臺分析儀關(guān)注主冷凝蒸發(fā)器液氧側(cè)的碳?xì)浠衔锖俊Ｈ粢貉踔刑細(xì)浠衔锏暮砍^警戒值時(shí)，則整套裝置應(yīng)停車處理。

主冷凝蒸發(fā)器主冷凝蒸發(fā)器積聚了大氣中的碳?xì)浠衔?。此類裝置的安全運(yùn)行非常關(guān)鍵，為避免碳?xì)浠衔锖吭谝貉踔性黾?，而且換熱器中液體正常循環(huán)，有必要使浴液蒸發(fā)時(shí)確保換熱器的換熱區(qū)域在全浸濕的狀態(tài)下操作。除了檢查液位計(jì)的準(zhǔn)確性以外，必須在高于板束頂端50mm處設(shè)置液位計(jì)取樣口，當(dāng)該處有液體出現(xiàn)時(shí)檢查操作液位設(shè)定點(diǎn)。內(nèi)壓縮流程的選用，使液氧得到有效的且不斷的排放，因而使主冷凝蒸發(fā)器得到良好的保護(hù)。2)粗氬塔冷凝器富氧液空進(jìn)入粗氬塔冷凝器。該股液體在粗氬塔冷凝器的蒸發(fā)器側(cè)幾乎全被蒸發(fā)。通過從浴槽底部向低壓塔排放液體來避免碳?xì)浠衔镌谠∫褐械姆e聚。其液體是否排放由該管道內(nèi)溫度值來確認(rèn)。有了取樣口，可測定浴液中碳?xì)浠衔锏暮俊４謿逅淠鳛橐后w浸浴式，與主冷凝蒸發(fā)器相同，必須采取相同的預(yù)防措施。

總圖布置新技術(shù)應(yīng)用

采用規(guī)整填料精餾塔，操作簡便、精餾效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬、精餾阻力小等優(yōu)點(diǎn)，有利于節(jié)能降耗。采用帶增壓機(jī)的氣體透平膨脹機(jī)和帶發(fā)電的液體液膨脹機(jī)回收能量減少能量損失。采用快速負(fù)荷的工藝流程，產(chǎn)品的產(chǎn)量追蹤供氣管網(wǎng)的壓力變化，快速調(diào)節(jié)空分的生產(chǎn)負(fù)荷，減少放散損失降低能耗，力爭放散率減少到零。配置大型液體儲槽及快速啟動汽化裝置，確保用戶的特殊狀態(tài)的生產(chǎn)用氣。合理配置低壓、中壓氣體儲罐，采用不同壓力的管網(wǎng)供氣方式，充分利用管網(wǎng)及儲罐的儲存能力，最大程度的保證用戶平穩(wěn)用氣。采用先進(jìn)的具有綜合控制理念的多變量模型預(yù)測系統(tǒng)，綜合了空分裝置中所有操作的變量和可控變量的優(yōu)