空分工艺培训

东华能源空分工艺.目录一、概述1.1空分的含义1.2空分别离的方法二、空气的组成三、空气别离的根本原理四、空分工艺流程五、东华能源空分流程特点六、空分流程的技术开展七、相关设备.空分的含义空分的含义：空分，顾名思义即空气的别离，是利用不同的方法将空气中各组分别离开来，从而获得所需要的氧气、氮气及一些稀有气体的过程。.空分的别离方法空气中主要的成分是氧气、氮气、氩气、二氧化碳以及一些其他气体和杂质，它们在空气中分别以分子的状态存在，数目非常多，并且永不停息做不规那么的运动，均匀地相互掺混在一起，要将它们分开，目前主要有三种方法：低温阀、吸附法、膜别离法.空气的别离方法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，并利用大局部有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、氮气及稀有气体的过程。具体原理为空气经过增压膨胀对外做工处于冷凝温度，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，氮组分减少，气相冷凝的氧液进入液相，因此液相中的氧浓度增加，同样气相由于冷凝，使氧组分减少，液相中的氮气进入气相，因此气相中的氮浓度增加。屡次的重复上述过程，气相的氮浓度，液相的氧浓度不断增加，这样经过屡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别离开来。.空气的别离方法２、吸附法：利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性咐附的特点，有的分之筛〔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。有的分之筛〔碳分之筛等〕对氧具有较强吸附性能，让氮分子通过，可得到较高纯度的氮气。从而实现空气的别离，吸附法别离空气流程简单，操作方便，运行本钱较低，但不能获得高纯度的双高产品，目前的氧气纯度只有93％左右。.空气的别离方法3、膜别离法：利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度约为氮的4-5倍，从而实现氧、氮的别离。这种别离方法得到的产品纯度不高，富氧空气只能到达28-35％02含量且规模也较小，目前只适用于生产富氧产品。总结：目前运用最多是低温法〔又叫深度冷冻法〕。它的优点：生产量大，生产纯度高，电耗低且可得到液态产品，故应用广泛。.

空气的组成.空气的组成氧、氮、氩和其他物质一样，具有气、液和固三态。在常温常压下它们呈气态。在标准大气压下，氧被冷凝至－183℃，氮被冷凝至－196℃，氩被冷凝至－186℃即会变为液态，氧和氮的沸点相差13℃，氩和氮的沸点相差10℃，空气的别离就是充分利用其沸点的不同来将其进行别离。空气中除氧、氮和氩外，还有氖、氦、氪、氙等稀有气体，这些稀有气体广泛应用在国防、科研及工业上，稀有气体的提取也直接关系到空分装置氧气的提取率和生产运行能耗。目前大型的空分装置都普遍带无氢制氩工艺。.空分别离的根本原理空气别离的根本原理就是利用低温精馏法将空气冷凝成液体(空气冷凝温度－１７３℃),然后按各组分蒸发温度的不同将空气别离。压缩空气除去水分和二氧化碳等杂质后，经热交换系统和增压膨胀机制冷后进入下塔，在塔板上气体与液体接触，由于气、液之间温度差的存在,在进行传热和传质交换时,低沸点组分氮吸收热量开始蒸发,氮组分首先蒸发出来,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.这过程一直进行到气相和液相的温度相等为止,也即气、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.屡次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加.这样经过屡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别离开来。.空气别离的根本原理

空气在下塔被初步精馏为气氮、污液氮和富氧液空，以节流阀减压降温后送至上塔作为上塔的回流液，进一步实现精馏，最终在上塔顶部得到纯氮气，下部得到合格的液氧产品。主冷凝蒸发器是连接上下塔实现精馏过程的纽带，起到承上启下的重要作用。根据压力对应液化温度成正比的特性，在主冷凝蒸发器中通过液氧将压力氮气冷凝为液氮，为上下塔提供回流液建立精馏工况，同时主冷氧侧的液氧被蒸发成气氧，进入上塔作为上升蒸气，主冷凝蒸发器换热工况的平衡直接关系到精馏工况的稳定。.空气别离原理以空气为原料,先将空气液化,然后利用各组份沸点不同将其别离.空气液化必须将空气温度降到临界温度－140.7℃以下才能实现.在标准状态下,O2的沸点－183℃,N2的沸点－196℃,相差13℃,故采用精馏的方法将氧氮别离成纯氧、纯氮组分。空气中还含有一些机械杂质,少量的水蒸气和CO2、C2H2等,虽然数量不多,但直接影响空分装置平安稳定运行,带来较大的危害.如水蒸气和CO2被带入空分装置,在空气液化前先被冻结成固体颗粒,他们将堵塞阀门、换热器、精馏塔的塔板筛孔；固体杂质会磨损空压机的运转部件,堵塞冷却器,降低冷却效率及空压机的等温效率；更严重的是,乙炔及其它碳氢化合物在空分装置中积聚会导致爆炸事故的发生,因此必须将其去除.此外稀有气体氦、氖、氩、氪、氙、氡,因其含量甚微,化学性质十分稳定,除氦、氖外其余都不影响空气别离过程.由于氖、氦沸点很低,在别离过程中始终保持气态,故空分装置设有氖氦排放阀。.冷量的制取

由于换热器和保温材料的效果都是非理想的,即换热器存在热端温差；设备保温后仍存在辐射损失；同时液体产品的输送也损失一局部冷量,故在生产过程中必须补充冷量来弥补冷量损失；另外,装置在热开车时,必须得到大量冷量,采用普通相变制冷不能使空气到达液化温度,必须采取深度制冷的方法.全低压空分装置获得低温的方法有两种:即不对外做功的等温节流效应制冷(等焓过程)和对外做功的绝热膨胀(等熵过程).前者是通过节流装置实现的,后者是在膨胀机中实现的。.

空气的精馏利用空气中氧、氮沸点的不同,在塔板上进行混合液体的屡次局部蒸发和混合气体的屡次局部冷凝,将其别离出氧、氮产品。双级精馏塔中空气精馏过程:压缩并被冷却至液化温度的空气首先进入下塔底部,气体自下而上穿过每一段塔板,在塔板上处于冷凝温度的氧、氮混合气体以对流方式与比它温度低的氧、氮混合液体换热,气体冷凝放出冷凝潜热,液体那么吸收热量而产生局部蒸发.由于氧比氮沸点高,因此混合气体中的氧逐步冷凝到液体中去,而混合液体中的氮蒸发到气体中去,每经一段塔板,气体中氮纯度提高一次，经过一定数量的塔板在精馏塔顶部得到高纯度氮气．.空气的精馏一局部氮气经回收冷量后作为产品输出，另一局部进入主冷凝蒸发器冷凝侧．由于它的温度比主冷凝蒸发器蒸发侧温度高，因而氮气被冷凝成液体作为下塔回流液自上而下沿塔板逐块流下，每经过一块塔板，液体中氧浓度便提高一次，在下塔塔釜中便得到含氧36％～38％的富氧液空。富氧液空再经过冷节流进入上塔提留段，沿塔板逐块流下，与上升蒸气接触，每经过一块塔板下流液体中蒸发一局部氮同时从上升蒸气中冷凝一局部氧，经过一定数量塔板后，在塔底得到纯度较高的液氧．液氧再流入主冷凝蒸发器蒸发侧：一局部液氧经液氧泵加压后经主换热器换热后作为产品输出；一局部液氧节流后送入液氧储槽；另一局部液氧在主冷凝蒸发器中与气氮换热蒸发，蒸发的氧气作为上塔底部上升蒸气，与塔板上的液体接触，由于气体温度较高，所以气液接触后使气体中氧冷凝到液体中去，而液体中的氮被蒸发进入气体中．气体越往上升，氮浓度越高，由于上塔液空进料口以上蒸气中含有很多的氧，为提高氧提取率，利用下塔中部抽出的污液氮作为上塔顶部精馏段回流,继续精馏,使塔顶部气体带出装置的氧含量减少到装置允许的最低限度。.空气的精馏主冷凝蒸发器是上、下塔的联结纽带,是上塔的蒸发器,液氧在其中被蒸发；是下塔的冷凝器,气氮被冷凝.液氧的蒸发需要吸收热量,而气氮的冷凝那么需要放出热量.在同一压力下,氧的沸点高于氮,但随着压力的不同,氧、氮沸点也会不同.要使液氧蒸发气氮冷凝,只有提高氮气压力或降低氧压力.由于低压下操作比较困难,故采用提高氮侧压力方法,这就是为何采取下塔压力高于上塔的原因,即冷凝蒸发器液氧的蒸发和气氮的冷凝所需要的温差是由上下塔压力差来保证的。...工艺流程表达原料空气经吸入口进入自洁式空气过滤器，除去灰尘和机械杂质，过滤精度≤10um进入空压机〔C2401A〕，气体经四级三段压缩送入空气冷却塔〔T2301A〕，在塔中被水冷却、洗涤。空气冷却塔采用循环冷却水和冷冻水直接换热进行分段冷却，以尽可能降低空气温度减少空气中水含量从而降低分子筛吸附器的工作负荷。空气冷却塔顶部设有游离水别离装置，以防止空气中游离水份带入分子筛。出空冷塔的气体进入纯化系统，除去水份、二氧化碳、碳氢化合物及其他杂质。纯化系统中的吸附器由两台卧式容器组成；两台吸附容器采用双层床结构，当一台运行时，另一台那么再生。分子筛再生污氮气来自上塔顶部，进入纯化器的工艺空气中的CO2含量约为400ppm,经吸附后含量＜1ppm.分子筛吸附器“吸附〞与“再生〞及切换由程序自动控制。经过净化和枯燥后的空气分成四路：.工艺流程表达1.2.1第一路气体(0.49MpaG,22℃,97000Nm3/h)进入低压主换热器(EO2307～12A)，与污氮、中压氮气、粗氩气换热冷却至接近液化温度后进入精馏塔下塔〔T2303A〕底部作首次别离。上升气体和下降液体接触后在塔顶得到高纯度的氮气(≥99.99%)。所需回流液来自下塔顶部的氮气在主冷凝蒸发器(E2318A)中被液氧冷凝的液氮。.工艺流程表达1.2.2第二路空气(0.49MpaG,22℃,120000KNM3/h)去空气增压机(C2402A)进一步压缩。在C2402A中,空气经七级压缩三段冷却。冷却后的空气又分成三路：1.2.2.1一路(2.7MpaA,33℃,52000NM3/h)去增压透平膨胀机(C2301A)的增压端，增压后空气经出口冷却器(E2303/4A)冷却后进入高压板式换热器〔E2305～6A〕与高压氧和污氮气换热、冷却至-110℃进入膨胀端，膨胀后〔－173.3℃，0.49MPa〕与正流空气集合入下塔。1.2.2.2一路空气(7.1MpaA，65000NM3/h)直接进入高压主换热器〔E2305～6A〕换热冷却，经节流阀HV23605降压后经气液别离器，温度－170℃左右进入下塔精馏，经V2301A别离后的液体,抽出一部经过节流阀HV23602节流后经别离器V23303进入上塔参与精馏，调节此流量以保持两个塔的回流比。1.2.2.3一路经增压机一级冷却器后抽出(1.3MPaG，3000NM3/h)进入仪表气球罐，经调节阀PCV26001(压力0.75Mpa)送入仪表气管网。.工艺流程表达在下塔获得的产品有:自上向下高纯氮气＜10ppm污液氮0～5%O2富氧液空36%～38%O2污液氮、富氧液空在过冷器(E2314～17A)中过冷后，经节流送入上塔(T2304A)从主冷凝器〔E2318A〕氮侧抽出的纯液氮，一局部作为下塔(T2303A)回流液,一局部经过冷器(E2314A～17A)经节流阀HV23601降压后送入储槽V2304。.工艺流程表达液氮储槽V2304(500M3):当空分装置停车时,经后备低压液氮泵P2309/10加压至0.4MPa(G)经水浴式汽化器E2323气化后供后工段使用；液氮经中压液氮泵P2311/12加压至5MPa(G)在水浴式汽化器E2324B气化后送入高压氮气储罐V2306作为事故氮气。从下塔(T2303A)顶部抽出的氮气〔0.42MPaA〕经E2307～12A换热后送入氮气管网。.工艺流程表达在上塔获得的产品有:自上向下污氮气0～5%O2高纯液氧≥99.6%O2从主冷(E2318A)的底部抽出液氧，大局部经高压液氧泵(P2307/8)增压至8.3Mpa(A)后进入主换热器(E2305～6A)，在其中与高压空气换热被气化并复热至接近空气温度后送入氧气管网；多余局部经过冷器(E2314～17A)过冷后经节流阀LCV23602A降压送入储槽V2305。从上塔(T2304A)顶部抽出的污氮气经过冷器〔E2314A～17A〕一局部进入主换热器〔E2307～12A〕复热后用作分子筛吸附器S2301A/2的再生气，多余局部经调节阀PCV23602A后与经E2305～6A复热后的污氮气集合送入水冷塔〔T2302A〕,将循环水冷却后放空。.我国空分流程的技术开展空分设备是由诸多配套部机组成的成套设备，我国空分于1953年起步，经过５０多年的开展，从第一代小型空分流程开展到目前的第六代大型全精馏无氢制氩工艺流程。每一次空分设备流程的变革和推进，都是新技术、新工艺的创新。透平膨胀机的产生，实现了大型空分设备全低压流程；高效板翅式换热器的出现，使切换板翅式流程取代了石头蓄冷器、可逆式换热器流程，使装置冷量回收效率更高；增压透平膨胀机的出现极大的提高了膨胀机的制冷效率并把输出的外功有利的得到回收；常温分子筛净化流程替代了切换式换热器，使空分装置净化系统的平安性、稳定性得到极大提高并使能耗大大降低，随着规整填料和低温液体泵在空分装置中的应用，进一步降低了空分设备的能耗，实现了全精馏无氢制氩，使空分设备在高效、节能、平安等方面取得了进步。随着计算机的广泛应用，空分装置的自动控制、变负荷跟踪调节等变得更为先进。.我国空分流程的技术开展

第一代：上下压循环，氮气透平膨胀，吸收法除杂质；第二代：石头蓄冷器，空气透平膨胀低压循环；第三代：可逆式换热器；第四代：分子筛纯化；第五代：规整填料，增压透平膨胀机的低压循环；第六代：内压缩流程，规整填料，全精馏无氢制氩。.东华能源空分流程特点采用常温分子筛净化，去除空气中的有害物质更有效，切换损失小，装置设计连续运行周期大于二年；采用规整填料上塔替代筛板上塔，使上塔阻力大大降低〔只有筛板阻力的１／４〕，使空压机的排气压力降低，装置运行能耗下降５％～７％；空分设备氧的提取率提高，空分设备氧的氧提取率可达９９.1％，氧气纯度在99.8％以上；精馏采用全精馏无氢制氩技术，氩塔采用规整填料塔，省略了制氢设备，流程简化，节省投资和运行费用；分子筛纯化系统采用双层床结构，大大延长了分子筛的使用寿命和降低了床层阻力，使空分装置的运行更平安可靠；.东华能源空分流程特点

采用高效增压透平膨胀机技术，能很好的回收局部能量，膨胀机制冷效率在85％以上；机组采用ITCC控制技术，实现了中控、机房和就地一体化的控制，可有效地监控整套空分设备的生产过程；分馏塔系统是本套空分装置的核心系统，其作用是利用低温精馏法将原料空气别离为氧、氮产品。分馏塔系统采用规整填料塔技术，具有氧提取率高，能耗低，下塔采用专用于大型空分设备的四溢流塔板技术流程，设置增加粗氩增效塔，提高空分氧提取率，减少原料空压机的排量，降低能耗。.东华能源空分流程特点采用全浸式操作方式，不会产生干蒸发，使单元内部液氧中碳氢化合物不浓缩。采用截距较大的翅片，使液氧流动更通畅不易堵塞通道，并降卑微小颗粒所产生的静电，从结构上根本解决了主冷内部的平安防爆问题。在液氧侧设有接地保护装置。在整个液氧大池中，保持液氧侧较高的循环倍率，并通过加大液氧排放量使液氧底部不会出现易燃化合物的凝结。.空气过滤器

空气中含有大量的尘埃，空压机在长时间的高速运行中，粉尘会造成机器内部的叶轮、叶片等部件的磨损、腐蚀和结垢，缩短机器的使用寿命，因此设置空气过滤器，去除掉空气中的灰尘及杂质。.空气过滤器作用：去除原料空气中的机械杂质、灰尘。结构：由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室出风口、柜架等组成。原理：在吸气负压作用下，空气穿过高效过滤筒，粉尘由于重力、静电和接触被阻留，净化空气进入净气室。可对大于1UM以上的灰尘过滤效率达99.9%，滤筒上的灰尘通过专用喷头吹除到达去除。.空气压缩机原料空气压缩机和增压空气压缩机作用：为提供带压原料空气结构：陕煽动力的产品，由曼透平汽轮机拖动两台离心式压缩机原料空压机排气量：224000Nm³/h,0.61MPa(A)120000Nm³/h进入低压换热器增压机流量压力二段：52000Nm3/h,2.8MPa(G)三段：65000Nm3/h,7.0MPa(G)一段仪表气3000Nm3/h1.2MPa(G).原料空气压缩机增压空气压缩机均采用离心式压缩机，由透平蒸汽汽轮机驱动离心式压缩机是利用装于轴上带有工作轮的叶片在原动机的带动下做高速旋转运动，叶轮对气体做功，使气体获得动能，然后气体在扩压器中速度下降，动能转变为静压能，压力得到进一步提高的过程。汽轮机的工作原理：利用高温高压蒸气进入喷嘴静叶栅中蒸气内能减少，动能增加，获得了很大的流速，蒸气的温度压力下降，高速气流冲击动叶片，使叶轮旋转，蒸气的热能又转化为转子的机械能，同时蒸气的温度压力下降。空气经自洁式过滤器过滤其中的机械杂质、灰尘等，然后进入原料空气压缩机〔MAC〕经过四级压缩到0.495MPa〔G〕，送至空气冷却塔冷却。来自分子筛纯化器的空气压力0.475MPa〔G〕温度20℃，进入循环增压机〔BAC〕，经三级压缩之后的空气一局部〔25000Nm3/h、2.82MPa〕抽出送到膨胀机的增压端，另一局部(83000Nm3/h)进入增压机二段，继续压缩至7.3MPa〔G〕在高压板式换热器与返流介质换热后进入下塔。.空冷塔作用：用冷却水和从水冷却塔来的冷冻水对空压机排出的高温空气进行冷却，使进入纯化系统的空气温度降低到15.5℃，从而减少进纯化器的空气含水量；并通过水的洗涤，除去空气中的大局部水溶性有害物质，以确保纯化器平安正常地工作。空冷塔结构特点:塔的顶部设有防带水装置填料支撑为喷射式支撑水分布器为压力排管式。使用方式：空气从空冷塔下部进入，在填料外表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。空气冷却塔.压缩后的高温空气进入空气冷却塔下部，由下向上穿过空气冷却塔中的传热传质单元，依次与常温水和和冷却水进行逆流接触而进行传热传质以到达冷却空气的目的，并