空分生产工艺过程 PPT课件

1 空分生产工艺过程介绍 2 概述 空分 顾名思义就是空气分离 就是要设法将空气中的氧气分离出来 因此也叫 制氧 制氧机也被称作 空气分离设备 由于氧 氮在工业生产和科学技术发展中有重要的作用 工业上制氧的方法有 化学法 电解法 吸附法和低温精馏分离法 3 空气分离目前主要采用低温精馏分离法 特点是生产成本低 技术成熟 不仅最经济 又能大量生产氧 氮气 而且适合大规模工业化生产 成为工业上制取氧气的主要方法 4 制氧的工艺原理 低温精馏分离法制氧就是以自然界中取之不尽 用之不竭的空气为原料 先使空气在低温下液化 然后在精馏塔中利用氧 氮各组分沸点的不同 分离为氧气和氮气 5 干燥空气的组成 空气是一种均匀的多组分混合气体 主要成分是氧 氮 氩 此外还有微量的惰性气体 根据地区条件不同 空气中含有不定量的二氧化碳 水蒸汽以及乙炔等碳氢化合物 空气中氮占78 084 氧占20 95 氩占0 932 6 在标准状态下 空气液化温度 172 氧的液化温度 182 8 氮的液化温度 195 7 氩的液化温度 185 7 氧氮沸点相差13 氩氮沸点相差10 这就是能够利用低温精馏法将空气分离成氧 氮和氩气的基础 7 空分装置的工作过程 空气的过滤和压缩 压缩空气的初步冷却 空气的净化即空气中微量水份 CO2 乙炔和碳氢化合物的清除 空气被冷却到液化温度 冷量的制取 液化和精馏 危险杂质的排除 8 空分生产流程图 原料空气空压机空冷系统纯化系统热交换系统膨胀机系统精馏系统产品压缩机液体储存系统控制系统 9 透平空压机 空分装置 干螺杆压缩机 污氮鼓风机 净化 液氩 液氧 外卖 外卖 污氮气 5 2Mpa送煤气化 空分系统流程示意图 空气自大气 氮气 煤气化 煤气化 氧压机 氮压机 煤气化 甲烷化 联合氮压机 一级出口 二级出口 氮气 7 2Mpa送煤气化 氧气 10 空分设备将空气经低温分离得到氧 氮等产品 本质上是通过能量转换完成的 装置的能量是由原料空气压缩机输入的 因此空分所需的总能耗中绝大部分是空压机的能耗 电耗 动力系统 指原料空气压缩机 11 净化系统 由空气预冷系统和分子筛纯化系统组成 压缩后的原料空气温度较高 空冷系统通过空气和水接触式换热降低空气温度 同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质 分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分 二氧化碳 乙炔 碳氢化合物等对空分设备运行有害的物质 12 制冷系统 空分设备是通过压缩空气在膨胀机内进行绝热膨胀 产生空分装置所必需低温 提供冷量 13 热交换系统 经过初步降温 净化后的常温空气在主换热器中被低温氧气 氮气 污氮气冷却至液化点 同时氧 氮 污氮气被空气加热至常温 空分的热平衡是通过制冷系统和热交换系统来完成的 14 精馏系统 空分设备的核心 实现低温分离的重要设备 采用高 低压两级精馏方式 由低压塔 中压塔和冷凝蒸发器组成 液化空气在精馏塔中被分离为纯净的氧气 氮气 15 产品输送系统 生产的氧气 氮气需要一定的压力才能满足后工序的使用 主要由各种不同规格的氧气压缩机和氮气压缩机组成 16 液体贮存系统 空分设备能生产一定的液氧和液氩 氮 等产品 进入贮存系统 以备需要时使用 主要由各种不同规格的低温贮槽 低温液体泵和汽化器组成 17 控制系统 大型空分设备都采用计算机集散控制系统 实现自动控制 18 空气分离的工艺流程 原料空气在过滤器中除去灰尘和机械杂质 进入空压机压缩至 0 625Mpa后 送入空气冷却塔进行清洗和预冷 压缩空气在空冷塔内自下而上被循环水和低温水冷却降温至 15 出空冷塔的空气进入交替使用的分子筛吸附器 除去水分 二氧化碳和乙炔等杂质 一只工作的同时另一只利用污氮气加热 吹冷进行再生活化 整个工作或再生时间约4小时 19 净化后的加工空气分两股 一股经增压膨胀机膨胀后送入上塔参与精馏 另一股进入主换热器被返流气体冷却至液化温度 173 后进入下塔 空气在下塔初步精馏后 在下塔底部获得含氧38 的液空 在下塔顶部获得纯液氮 抽取下塔液空 纯液氮进入上塔相应部位 在上塔顶部获得纯氮气 经过冷器 主换热器复热至18 后出冷箱作为产品输出 20 在上塔底部获得氧气 经主换热器复热至18 后出冷箱作为产品输出 液氧产品从冷凝蒸发器底部抽出 进入液氧贮槽 从上塔中部抽取约11140m h 含氩7 11 含氧92 左右 的氩馏分送入粗氩塔 粗氩塔在结构上分为两段 第二段粗氩塔底部的液体经循环液氩泵加压至0 8Mpa被送入第一段顶部作为回流液 经粗氩塔精馏得到氩含量 98 5 氧含量 2pmm流量约347m h的粗氩气 进入精氩塔中部 经精氩塔精馏实现氩氮分离 在精氩塔底部得到含量99 999 的精液氩 21 从上塔中上部引出污气 经过冷器 主换热器复热后出冷箱 一部分进入蒸汽加热器作为分子筛再生气体 一部分经污氮鼓风机加压至0 050Mpa输出 其余气体送入水冷塔 22 双环公司空分装置所采用的流程形式 一种采用的是第五代空分设备 常温分子筛净化空气 增压膨胀空气进上塔的流程 特点 氧提取率进一步提高 可达到93 97 能耗进一步下降 约为0 47 0 53KW h m 以DON3200 4500型空分为代表 实际出氧4000M3 h 纯度99 6 出氮6000M3 h 纯度99 99 两套KDON4000 6000型 一套KDON3200 5000型空分分别由原来三套KDON3200 3200型石头蓄冷器流程相继改造而成 23 另一种采用的是第六代空分设备 常温分子筛净化 增压膨胀空气进上塔 填料型上塔 全精馏无氢制氩流程 特点采用多项新技术 节能效果显著 与第五代空分设备相比装置总能耗下降8 10 制氧能耗为0 37 0 43KW h m 以KDON10000 20000型空分为代表 实际出氧9500M3 h以上 纯度99 6 出氮19000M3 h以上 纯度99 99 出氩200 300M3 h 纯度达99 999 以上 24 空分生产的重点岗位 透平空压机岗位分馏岗位氧压机岗位氮压机岗位 25 透平空压机岗位 岗位任务是 将空气经过三段 或五级 四级 压缩至 0 626MPa 表 并冷却后进入空气冷却系统 26 透平空气压缩机工作原理 连续性气体在工作轮作用下 利用气流惯性力在随后的减速运动中 使气体分子之间距离更加接近而达到气体压力提高的目的 主要设备及参数 27 分馏岗位 岗位任务是将空压机送来的压缩原料空气经过冷却 净化 液化 精馏等过程制取纯度达99 0 以上的低压氧气 99 99 的低压氮气 99 2 以上的液氧及纯度 99 999 的液氩等产品 28 本岗位包括空气预冷系统 分子筛纯化系统 增压膨胀机系统及空气精馏系统 主要技术工艺参数 产品氧气纯度 98 5 出上塔污氮气纯度 5 O2产品氮气纯度 99 99 下塔液空纯度38 O2空气吸附后的CO2含量 1ppm膨胀机出口温度控制 29 加工空气量越多 气体产品越多 空气量受季节 环境温度的影响 夏季相对冬季来讲 空气量要少一些 产品流量与产品纯度成反比 气体产品取出越多 产品纯度就会下降 膨胀空气量过大 不利于产品纯度提高 精馏塔的精馏工况和精馏效率 节流调节阀开度的影响 影响产品产量和纯度的因素 30 氧压机岗位 岗位任务是将纯度 99 0 的低压氧气经氧压机加压至 4 315MPa后送往煤气化供粉煤造气 31 氧压机着火原因 与氧气接触的零件脱脂不彻底 有油渍 刮油器 挡油圈效果不好 造成活塞杆带油 填料漏氧 机组断水或水量不足 工况波动大 压力温度不稳定 压缩比异常 吸气温度高 造成排气温度高 活塞杆温度高 因各种原因引起火花 内吹氮中断 32 氮压机岗位 任务是将低压氮气经氮压机加压至 3 0MPa后 再送往净化甲烷化配氮用 经干螺杆氮压机加压至 0 8MPa用于煤气化工段干灰脱除工序的气提 通气及仪表气源 经联合氮压机加压至 5 2MPa后送往煤气化给料包调压 氧管线吹扫 煤进料罐加速器的吹扫 加压至 7 2MPa后送往煤气化及中高温高压过滤器 激冷器和合成气冷却器的进口的反吹 33 氮压机 34 主要产品质量控制指标 工艺氧气纯度 99 0 工业氧纯度 液氧 99 2 氮气纯度 99 99 液氩纯度 99 999 35 空分生产的主要设备透平式空压机 6台 用于压缩原料空气 为空分装置提供动力 1 2 3 4 5 空压机处理空气量约21000 24000m h 电功率2500KW 6 空压机处理空气量约52000m h 电功率5200KW 运行模式一大三小 二备 36 空分生产的主要设备空分装置 空分装置5套 用于制取氧 氮气1 2 装置生产设计能力产氧气4000m h 纯度 99 6 产氮气6000m h 纯度 99 99 3 装置生产设计能力产氧气3200m h 纯度 99 99 产氮气5000m h 纯度 99 99 4 装置生产设计能力产氧气3200m h 纯度 99 6 产氮气4500m h 纯度 99 99 5 装置生产设计能力产氧气10000m h 纯度 99 6 产氮气20000m h 纯度 99 99 产液氧200m h 折合成气态 纯度 99 6 产液氩300m h 折合成气态 纯度 99 999 运行模式一大三小一备 37 空分生产的主要设备氧气压缩机 卧式往复氧压机7台 四缸四级压缩 用于加压氧气输送1 5 机处理气量3500m h 6 7 处理气量4000m h 终压 4 325Mpa 电功率800KW运行模式六开一备 38 空分生产的主要设备氮气压缩机 卧式往复氮压机7台 加压氮气输送1 2 3 4 5 均为四缸三级压缩 处理气量3500m h 终压 3 0Mpa 电功率630KW 6 氮压机为四缸四级压缩 处理气量3500m h 终压3 0Mpa 电功率800KW 7 氮压机六缸四级压缩 处理气量14000m h 终压 3 0Mpa 电功率2500KW 运行模式一大四小二备 39 空分生产的主要设备联合氮压机 卧式往复联合氮压机2台 加压氮气输送四缸二级压缩 一级入口压力 3 0Mpa 一级出口压力 5 2Mpa 二级出口压力 7 2Mpa 电功率800KW 运行模式一开一备 40 空分生产的主要设备干螺杆氮气压缩机 仪表氮压机3台 提供仪表氮气处理气量2400m h 出口压力0 8Mpa 电功率260KW 运行模式二开一备 41 空分生产的主要设备污氮鼓风机 污氮鼓风机2台 用于输送污氮气去煤气化磨煤系统 出口压力 0 05MPa 气量8000m h运行模式一开一备 42 液氧贮槽2座用于贮存液氧 共50m 43 液氩贮槽1座贮存液氩 100m 44 安全 空分生产过程存在高温 高压 低温 易爆 氧气无毒害 无色无臭 强氧化剂和助燃剂 遇可燃气体可发生爆炸 氮气 氩气无色无臭 无害气体 但在高浓度下使人窒息 火灾与爆炸 冷凝蒸发器碳氢化合物含量超标 氧机着火 触电及机械伤人 高空坠落 高温烫伤和低温冻伤 45 存在的主要危险化学物质 氧 液氧 1 理化特性外观与性状 无色 无味气体或浅兰色低温液体熔点 218 8相对密度 1 41沸点 183 1相对蒸气密度 1 105饱和蒸气压 KPa 640 160 临界温度 118 6临界压力 MPa 5 08溶解性 微溶于水 酒精 丙酮 环境危害 无燃爆危险 强氧化剂 助燃 与可燃蒸气混合形成燃烧式爆炸性混合物 46 存在的主要危险化学物质 氮 液氮 1 理化特性无色 无味 无臭气体熔点 210相对密度 0 81沸点 196相对蒸气密度 0 967饱和蒸气压 KPa 640 160 临界温度 146 9临界压力 MPa 3 17溶解性 微溶于水 酒精 醚 主要用途 化肥 氨 硝酸等化合物制造 惰性保护介质 速冻食品制冷剂 冷冻剂 电子业中的外延 扩散化学气相淀积 离子注入光刻等 校正气 标准气等 环境危害 无爆炸危险 无 47 存在的主要危险化学物质 氩 液氩 1 理化特性外观与性状 无色 无味 无臭 无毒的惰性气体熔点 189 2相对密度 1 41沸点 185 9相对蒸气密度 1 38饱和蒸气压 KPa 159 99 181 301 临界温度 122 4临界压力