空分设备流程技术

空分设备流程技术内容摘要：

膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。 主要性能指标： 氧气： 6000m3／ h(标态 )， 99． 6％ 02 液氧： 60m3／ h(标态 )， 99． 6％ 02 氮气： 13000m3／ h(标态 )， 10010602 液氩： 85m3／ h(标态 )， 99． 999％ Ar 4． 1 流程进步点 (1)以分子筛吸附剂在常温下吸附空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的特性，将切换式换热器的传热传质和换热两种功能分家，在冷箱外用分子筛吸附器清除空气中水分和 C02，在冷箱内的换热器仅起换热作用，这样不仅使进冷箱的空气较纯净，而且延长了换热器的寿命。 冷箱内不再需要设置自动阀箱、腋空液氧吸附器、循环液氧泵及相应的切换阀门管道等，使空分流程简化，冷箱内设备减少，操作维护方便。 (2)由于主换热器没有自清除要求， 冷端温差不用严格限制，使纯氮气和氧气产量比大大提高，可达到2． 3～ 2． 5，可以满足需要大量纯氮气的用户要求。 (3)分子筛吸附器切换周期为 108分钟，远远长于切换式换热器切换周期 ，因此空气切换损失就大大减少，由通常的占加工空气总量的 2％下降到 0． 5％，有利于氧提取率的提高。 同时切换次数的减少，精馏塔受切换而引起的波动干扰减少，有利于氩的提取。 (4)分子筛吸附器清除空气中有害杂质较彻底，空分设备的操作安全性好，连续运行周期可达二年以上。 (5)启动和操作过程中，不需考虑自清 除的影响，因而操作简便，有利于实现变负荷操作和提高自动化控制水平。 (6)氧提取率提高到 90％ ~92％，氩提取率 ~52％。 4． 2 流程缺点 为了保证分子筛吸附器能在较佳的温度 8~10℃ (2下工作，以充分发挥分子筛吸附剂的吸附效果，设置了制冷机组；同时为了分子筛吸附剂的加温解吸，设置了电加热器。 同时为了保证再生时污氮气有足够的压力， 空压机 的排压应适当提高，这些导致了这类空分的能耗比切换式换热器 流程要高 ~4％，约为 0． 51~0． 57kWh／ m302。 4． 3 主要用户 第四代空分设备杭氧共设计制造 6套，其中 6000m3／ h空发设备 4套，分别是：金山石化工厂 (2套 )、大庆乙烯工程、吉林化学公司化肥厂；扬子石化总公司 10000m3／ h空分设备 2套。 采用常温分子筛虽然具有切换损失少、操作维护方便等优点，但由于能耗较高，所以它存在致命的缺点，很快就被新的带增压膨胀机的常温分子筛净化空分流程所代替。 5 常温分子筛净化增压膨胀空分流程 (简称第五代空分 ) 在寻求降低能耗的途径上，常温分子筛净化 增压膨胀空分流程的出现，是空分流程技术的一大进步。 1986~1988年，杭氧在引进消化国外先进技术的基础上，自行开发成功采用常温分子筛净化增压膨胀空分流程的 6000m3／ h空分设备，这是我国第一套第五代空分产品。 在这套空分设备中，除空分流程外，还开发了带增压机的透平膨胀机、全可控涡理论设计的三元叶轮和全等温冷却的单轴空气透平 压缩机 、立式单层分子筛吸附器等三项新技术。 在自动控制水平方面，成功地将计算机 集散系统应用于空分设备的调节控制，有效地实现了对空分设备的控制调节要求。 第五代空分设备的成功开发，使我国空分技术从技术引进走向自我研制开发阶段，是我国空分史上的一次飞跃 (流程见图 5)。 典型产品： 6000m3／ h、 10000m3／ h空分设备，主要由空气过滤压缩、空气预冷、分子筛净化、增压膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。 AC—空气冷却塔 AF—空气过滤器 ATC—空气透平 压缩机 B—增压机 C1—下塔 C2—上塔 C3—粗氩塔 C4—精氩塔 C5—除甲烷塔 E1—空气液化器 E2—液空过冷器 E3—氩换热器 EH—电加热器 ET—透平膨胀机 K1—冷凝蒸发器 K2—粗氩冷凝蒸发器 K3—精氩冷凝器 K4—精氩蒸发器 MS 2—分子筛吸附器 OE—液氧喷射器 RH—蓄热器 RU—制冷机 WC—水冷却器 WPl、 2—水泵 图 5 常温分子筛净化增压膨胀空分流程图 6000m3／ h 空分设备主要性能指标： 氧气： 6000m3／ h(标态 )， 99． 6％ 02 液氧： 60m3／ h(标态 )， 99． 6％ 02 氮气： 13000m3／ h(标态 )， 1010602 液氩： 120m3／ h(标态 )， 99． 999％ Ar 14000m3／ h 空分设备主要性能指标： 氧气： 14000m3／ h(标态 )， 99． 6％ 02 液氧： 140m3／ h(标态 )， 99． 6％ 02 氮气： 14000／ h(标态 )， 10010602 液氩： 300m3／ h(标态 )， 99． 999％ Ar 5． 1 流程特点 (1)在常温分子筛净化全低压空分流程的基础上，将膨胀机的制动发电机改成了增压机。 增压机的作用是将膨胀空气在膨胀过程中产生的功，直接用来使进膨胀机的空气增压，使膨胀机前的压力提高，就增加了单位膨胀空气的制冷量，在空分设备所需冷量一定的情况下，减少了膨胀空气量，总的加工空气量也就相应降低，使常温分子筛净化增压膨胀空分流程的氧提取率进一步提高，能耗进一步下降。 第五代空分氧提取率可 达到 93％ ~97％，氩提取率 54％ ~60％。 (2)采用了全可控涡理论设计的三元流叶轮和全等温冷却的单轴空气透平 压缩机。 (3)采用了立式单层床内绝热结构的分子筛吸附器。 (4)成功地实现了计算机集散控制系统对空分流程的控制调节要求，使自动化控制水平上了一个台阶。 (5)由于加工空气量下降了 ~4％，能耗与切换式换热器冻结全低压空分流程相当，约为 0． 47~0． 53kWh／ m302。 5． 2 主要用户 1988年杭氧提供给吉林化肥厂的 6000m3／ h 设备顺利成功投产后，由于它具有节能减耗、操作方便、安全可靠等优点，得到用户的普遍认可和喜爱。 在 1988~1996年的八年中，杭氧设计生产了第五代空分设备近 60套 ,其中 3200~4500m3／ h 空分设备 17套 ,6000~6500m3／ h 空分设备20套 ,10000m3／ h 空分设备 11套 ,15000m3／ h 空分设备 4套 ,实现了制氧容量从小到大的全系列空分设备的升级换代 ,使我国空分设备的整体性能接近 20世纪 80年代国际先进水平 . 6 常温 分子筛净化填料型上塔全精馏制氩空分流程 (第六代空分 ) 常温分子筛净化增压膨胀空分流程 ,已作为主导流程在国际空分行业中得到广泛采用 .但为了进一步提高空分设备效率、降低能耗， 20世纪 80年代初期，国外一些著名空分制造商开始将规整填料技术应用于空分设备上，到了 20世纪 90年代采用规整填料和全精馏无氢制氩技术的空分设备已全面推向工业化应用。 杭氧紧跟国际先进水平， 1994 年在 1000m3／ h 的制氩系统中采用全精馏制氩技术， 1995年开始构思采用规整填料和全精馏无氢制氩技术的新一代空分设备。 杭氧总结了 1000m3／ h 的全精馏制氩和 3600m3／ h 的上塔中使用规整填料技术的成功设计经验和实际运行经验，针对新一代空分的技术特点，在流程计算、流程组织、流程控制和填料塔的设计制造装配等方面进行了深入的研究和开发，在 1996年后，全面推出了采用规整填料和全精馏无氢制氩技术的第六代空分设备 (流程见图 6)。