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(guò)壓縮循環(huán)深度冷凍的方法把空氣變成液態(tài)，再經(jīng)過(guò)精餾而從液態(tài)空氣中逐步分離生產(chǎn)出氧氣、氮?dú)饧皻鍤獾榷栊詺怏w的設(shè)備。目前我國(guó)生產(chǎn)的空分設(shè)備的形式、種類(lèi)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(guó)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?？辗衷O(shè)備從工藝流程來(lái)說(shuō)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(guò)空氣過(guò)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(guò)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(guò)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深冷空分制氮以空氣為原料，經(jīng)過(guò)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(guò)精餾，使它們分離來(lái)獲得氮?dú)狻?.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(gè)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(guò)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?dú)?、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮?dú)?，液空?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(lái)的部分氮?dú)猓淠蟮囊旱徊糠肿鳛榫s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(lái)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(lái)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)夤艿馈Ｉ罾渲频芍迫〖兌权R99.999%的氮?dú)狻?.2.主要設(shè)備簡(jiǎn)介主要設(shè)備簡(jiǎn)介2.1空氣過(guò)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(guò)空氣過(guò)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(guò)濾器或中效過(guò)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(lèi)。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(lái)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(dòng)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(lái)的廢氣冷卻循環(huán)水，空冷塔是用水冷塔出來(lái)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(huì)堵塞通道、管道和閥門(mén)，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(zhǎng)期安全運(yùn)行，必須設(shè)置專(zhuān)門(mén)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(guó)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(lèi)多，氣體純度高，適用于大規(guī)模制氣、用氣場(chǎng)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(chǎng)合。膜分離制氮能耗在氮?dú)饧兌?9%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(chǎng)合。RICH牌節(jié)能型變壓吸附系列制

9、氮裝置經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)異，特別是氮?dú)饧兌?9.9%以上的設(shè)備更體現(xiàn)了變壓吸附空分法的無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。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(guò)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(guò)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^(guò)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?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(guò)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出吸附床，使氧氣和氮?dú)夥蛛x獲得氧氣。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壓力，分子篩吸附的氮?dú)饪梢越馕鰜?lái)，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

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(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(chēng)富氧?！镒儔何娇辗种蒲跹b置工藝簡(jiǎn)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

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(gè)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(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)吸附床則分別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(kāi)，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(jiàn)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(jiǎn)單，但能耗高，適用于小規(guī)模制氧的場(chǎng)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(duì)復(fù)雜，但效率高、能耗低，適用于制氧規(guī)模較大的場(chǎng)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(duì)于實(shí)際的分離過(guò)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(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