1、空分技术培训课件空分技术培训课件 目 录 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 工艺特点工艺特点 第三节第三节 流程说明及设备配置流程说明及设备配置 第四节第四节 关键设备及供应商介绍关键设备及供应商介绍 第五节第五节 空分安全空分安全一、概述空气分离的几种方法 低温法（经典，传统的空气分离方法）压缩膨胀 液化（深冷）精馏 低温法的核心 吸附法：利用固体吸附剂（分子筛、活性炭、硅胶、铝胶）对气体混合物中某些特定的组分吸附能力的差异进行的一种分离方法。特点：投资省、上马快、生产能力低、纯度低（93%左右）、切换周期短、对阀的要求或寿命影响大。膜分离法：利用有机聚合膜对气体混合物的渗透选择性。穿透
2、膜的速度比快约4-5倍，但这种分离方法生产能力更低，纯度低（氧气纯度约25%35%）我国大中型空分设备流程技术发展综述 一、铝带蓄冷器冻结高低压空分流程。二、石头蓄冷器冻结全低压空分流程。三、切换式换热器冻结全低压空分流程。四、常温分子筛净化全低压空分流程。五、常温分子筛净化增压膨胀空分流程。六、常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程。七、内压缩流程。空分系统的组成及其作用（低温法）净化系统 压缩 冷却 纯化 分馏（制冷系统，换热系统，精馏系统）液体：贮存及汽化系统；气体：压送系统；1、净化系统：除尘过滤，去除灰尘和机械杂质；2、压缩气体：对气体作功，提高能量、具备制冷能力；（热力学第二定律）
3、3、预冷：对气体预冷，降低能耗，提高经济性 有预冷的一次节流循环比无预冷的一次节流循环经济，增加了制冷循环，减轻了换热器的工作负担，使产品的冷量得到充分的利用；4、纯化：防爆、提纯；吸附能力及吸附顺序为：；2222COHCOH 空分系统的组成及其作用精馏：空气分离 换热系统：实现能量传递，提高经济性，低温操作条件；制冷系统：维持冷量平衡 液化空气 膨胀机 hW 方法 节流阀 h 膨胀机制冷量效率高：膨胀功 W；冷损：跑冷损失 Q1 复热不足冷损 Q2 生产液体产品带走的冷量 Q3 321QQQQ 二、工艺特点 产品规格与参数二、工艺特点 1、产品氧压力较高：8.5MPa(G),通过内压缩实现，
4、典型的化工型内压缩空分流程。2、产品氮气品种多样：0.42/6.0MPa(G)，所以流程组织具有多样化。三、流程说明及设备配置 六万装置特点:高、新技术产品 特大型空气分离设备 装置大型化 流程控制更加复杂 设计要求更加精确空分流程选择1、空分装置的工艺流程采用全低压分子筛预净化、高压空气增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、空气增压的氧氮产品内压缩等先进工艺。2、内压缩流程是现今国内外空分装置普遍采用的先进的工艺流程，内压缩流程具有以下主要优点：液氧泵由于取代了价格昂贵的氧气透平压缩机，可使投资降低；备品比氧压机的备品配件价格降低，且运行安全可靠，易于操作，因而可使维护成本降低；防止烃类在冷凝
5、蒸发器内积聚，安全性更好，装置也更加可靠。内压缩与外压缩的比较空分流程选择3、空气循环与氮气循环的比较 氮气循环（氮膨胀）是以氮气作为膨胀工质的流程。基本用于压力氮气产量（及液氮）较氧气量多的场合。优点：（1）氮膨胀使用氮气增压膨胀，膨胀机出口温度较低，基本无液击可能，流程组织合理，循环量较小能耗较低；（2）无需空气节流入上塔，上塔精馏潜力得到更好利用，相应降低上塔高度；（3）降低了液氧换热器液氧与氮气通道的压差一定程度上降低了设备制造难度，利于高压换热器操作维护。缺点：氮气压缩机投资增加，生产中氮气压缩机短期停车也会造成装置无制冷源，空气必须推出冷箱。空分流程的选择 4、设置氮气增压机 低压
6、氮气从下塔直接抽出，虽降低氧回收率少许，但是由于氮气产品出下塔的压力远高于上塔的压力，只要再增加一台小型增压机即可达到要求的氮气压力，总体能耗较节省，且配置简单可靠。5、设置液体膨胀机（代替普通节流阀）使高压液空在降压膨胀时产生制冷效应，液体在膨胀过程中同时做功，驱动相应的发电机组，可降低本套空分装置的能耗约1500KW。预计本装置设计工况下液体膨胀机的效率可达到82%。AP空分装置的工艺技术特性：低温全精馏深冷空气分离技术 空气增压的氧氮双泵内压缩流程，具有安全、可靠、易操作等特点 全精馏无氢制氩流程TPSA：独有的变温变压分子筛（TPSA）系统处于世界领导地位，减少再生所需气量和热量、降低
7、运行成本、吸附剂寿命为20年。同时使用专利的特殊吸附剂去除98%以上的N2O，以确保主冷更安全地工作。上、下塔及精氩、粗氩塔均采用空气化工制造的高效规整填料，压降更低，操作弹性更大，使空分装置的能耗更节约。高效膨胀机：空气化工拥有全球最好的透平膨胀机：效率最高达92%，平均故障间隔时间为14年。空气化工专有技术的高效率液体膨胀机散装填料的空冷塔、水冷塔高效专利的降膜式主冷，具有温差低、能耗低的特点全自动、先进的模型预测控制系统(MPC)，保证空分操作稳定、简便。严格的HAZOP审查制度最大化地保证空气化工成为世界上最安全的空分供应商。低能耗：空气化工通过优化工艺流程和设备选型，使建设投资与5年
8、运营的综合成本最低。工艺流程说明（杭氧）原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。过滤后的空气进入离心式空压机，经压缩机压缩到约0.6MPa(A)，然后进入空气冷却塔冷却。冷却水为经水冷塔和冷水机组冷却后的水。空气自下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附。分子筛纯化器为两只切换使用，其中一只工作时，另一只再生。纯化器的切换周期约为8小时，定时自动切换。净化后的空气分成二股。一股空气进入低压板式换热器，被返流气体冷却后直接进入下塔。另一股空气去增压空压机，这股空气分成三部分：一
9、部分空气经增压空压机第一级叶轮增压并冷却后抽出作为工厂空气和仪表空气；另一部分空气经增压空压机第一段增压后进入膨胀机的增压风机中增压，然后被冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，再从板式换热器中部抽出进入膨胀机去膨胀。膨胀后的空气送入下塔。其余空气在增压空压机的第二段继续增压，经冷却后进入高压板式换热器，用来与高压液氧和高压液氮换热。高压空气经节流后进入下塔。空气经下塔初步精馏后，获得液空、纯液氮和污液氮，并经过冷器过冷后节流进入上塔。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，并经液氧泵压缩后进入高压板式换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网；另在上塔底部抽取液氧送入液氧贮槽备用。在下塔顶部获得液氮
10、，并经液氮泵压缩后进入高压板式换热器，复热后出冷箱，进入氮气管网；另在下塔顶部抽取液氮，经过冷器过冷后送入液氮贮槽备用。从上塔顶部得到纯氮气，经低压换热器复热后出冷箱，经氮压机压缩后进入氮气管网。从上塔上部引出污氮气经过冷器、高压板式换热器和低压板式换热器复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统的蒸汽加热器，作为分子筛再生气体；其余污氮气去水冷塔。在上塔中部抽取一定量的氩馏份送入粗氩塔，粗氩塔在结构上分为二段，第二段粗氩塔底部的回流液体经液氩泵AP1(AP2)加压后送入第一段顶部作为回流液；氩馏份经粗氩塔精馏后得到粗液氩，并送入精氩塔中部，经精氩塔精馏后在塔底部得到2ppmO2的精液氩。三
11、、流程说明及设备配置（一）空气过滤系统1、除尘要求：2um 99.9%以上；12um 99%以上；1um不做要求；阻力大于1.5KPa，就进行自清除。2.处理气量：2倍空气流量 直接反映就是过滤筒的多少，不但影响阻力，还影响寿命、噪音。3、自洁式空气过滤器优点：过滤阻力小 过滤效率高 适应性广 反吹耗气少占地面积小（6）结构简单（7）防腐性好（8）日常维护工作量小4.滤纸产地：意大利波束、美国HV.5.电磁阀、PLC等元件要注明原产地.（二）空气压缩系统 原料空压机与空气增压机采用汽轮机拖动，即“一拖二”的形式，布置紧凑，占地面积小。机组推荐使用：MANTURBO(德国曼透平)或SIEMENS
12、(西门子)。注意：1、压缩机制造周期长，需提前订货。2、防止压缩机振动超标。（三）空气预冷系统1.工作原理：利用反流“污氮”或氮气的含水不饱和度使部分水蒸发，吸收汽化潜热使冷却水温降低。2.目的：（1）把空气冷却到817，低温有利于吸附，减少含水量，减少吸附器的负荷，减少主换热器的负荷，使单位能耗降低。（2）利用多余的氮气、污氮来冷却水，使冷量得到回收。（3）空气与水直接接触，起到净化洗涤作用，除去酸性杂质。（4）对空压机起到缓冲作用。3.分类 氨水预冷系统：主要针对空气加工量多的系统。冷水机组：主要针对空气加工量20000Nm3的的系统。4、组成：空冷塔、水冷塔、冷水机组（三）空气预冷系统5
13、.在流程组织、控制系统、设备结构等方面杜绝空冷塔带水，保证运行安全。6.空冷塔采用高效散堆填料塔，下部填料为不锈钢，其余填料为 增强聚炳烯。即降低阻力，提高效率，又提高填料寿命。7.水冷塔采用高效散堆填料塔，填料为聚炳烯，降低阻力，提高效率.8.常温水泵、低温水泵均为一用一备，采用国内品牌。（四）纯化系统1、目的：清除空气中的H2O,CO2,C2H2,避免低温下被冻结的水分和二氧化碳沉积在低温换热器、透平膨胀机或精馏塔里，堵塞通道、管路和阀门及乙炔集聚在液氧中爆炸的危险。净化空气的同时把吸附剂再生。2、方法：吸收法；冻结法；吸附法3、原理：吸附：气体与固体相接处时，在固体表面或内部将会发生容纳
14、气体的现象，即固体对气体的吸附。解吸：已被吸附的分子或原子返回到气相或液相中去的现象。（四）纯化系统4、分子筛吸附器结构形式（1）立式分子筛：阻力大，适用于12000 Nm3的系统。（2）卧式分子筛：适用于大型，但存在三方面的问题：a.空气均匀分配 b.内件受热不均易产生变形 c.壁流效应（3）径流式-立式径向流：法液空专利 国内：采用卧式双层床结构（活性氧化铝+分子筛）。大面积的双层床设计科学，强度、刚性得到保证，应用近二十年.林德：自动立式径向流吸附器来对前端空气进行纯化和干燥。分子筛的填料式为LMS，LMS对碳氢化合物和一氧化碳的有较高吸附率。AP :美国AP的专利钙基分子筛CaX,是分
15、子筛类产品里最好的一种，对氮氧化物和碳氢化合物吸附能力超强。变温变压吸附，吸附再生完全自动化，保证进气平稳。法液空：立式双层径向流吸附器减小阻力，提高纯化效率5、.延长分子筛使用寿命的措施 （1）避免床层受到突然冲击切换系统采用无冲击切换控制技术：（2）避免空冷塔误操作 （3）预冷系统循环水PH值 （4）避免中毒，禁油 （5）空分进料位置选在上风处6、采用长周期吸附，单台吸附时间4小时，工作周期8小时。节约再生能耗，延长阀门使用寿命，并且有利于空分工况稳定。7、再生用蒸汽加热器，采用先进的双管板结构，确保蒸汽不泄漏到再生气中。（五）.分馏塔系统的主换热子系统 高压板式采用进口产品、低压板式采用
16、国产产品。这样配置在保证运行先进性、可靠性的同时又节约投资。进口高压板式可采用法国NORDON,美国CHART公司或日本神钢产品。（六）分馏塔系统的主精馏子系统 填料塔与板式塔的比较（六）分馏塔系统的主精馏子系统精馏：空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。因沸点的差异，氧、氮、氩的蒸发顺序为：氮氩氧，冷凝顺序（与蒸发顺序相反）为：氧氩氮。（1）下塔。杭氧：四溢流筛板塔。林德：筛板塔。法液空：冷箱内采用不锈钢容器、管道和阀门，提高了系统寿命和安全性 所有塔器(包括下塔、粗氩塔、精氩塔)
17、采用规整填料精塔 变负荷操作全自动控制系统,每年能节能35,保证装置稳定运行AP：全填料塔，新型液体收集器降低塔高（2）上塔采用规整填料塔，效率高，阻力低，提高装置提取率，降低空压机排压，节约能耗。（3）主冷采用防爆型林德专利：多次浴式冷凝蒸发器具有降膜式冷凝器的优点：节省能耗、节约空间、安装成本低提高蒸发器表面润湿、降低液氧泵热负荷（省能耗）、可与低压塔组合、具有降膜式和全侵式冷凝器的优点。AP专利：降膜式主冷，降膜式主冷的特点是传热性能好，换热温差小，可以有效地降低空压机的排气压力，节能0.5-2%降膜式主冷与全浸式主冷的比较全浸式主冷(热虹吸式主冷)浸没在液氧;逆流交换器;饱和蒸汽从换热
18、器一侧顶部流进，在往下流的过程中到冷凝，并以液体的状态从壳体底部流出。在另一侧,底部的沸腾液体在向上升的过程中部分蒸发，并伴随大量再循环液体。回流的驱动力是由于热虹吸效应产生的，即当蒸发器通道中的液体部分蒸发时产生。体积密度降低，降低了在蒸发器内的静压头。交换器外部的饱和液体巨大静压头会推动汽液混合蒸汽从壳体顶部流出。回流率可随着交换器外部的液位变化而变。降膜式主冷降膜式主冷是同向交换器，沸腾和冷凝液体都是从交换器顶部流入。DFRC系统是由液体收集、加压设施（如，储液板）、液体过滤器和交换器本体组成从上塔收集液体，液体来源于另一容器的底部或蒸馏器塔板或填料上。液体流入储液板并形成一定的液位，从
19、而有足够压力来克服壳体的流动压降。液体在交换器内向下流动过程中沸腾，汽液混合物从DFRC中排出。在塔底收集并回收液体，蒸汽在塔内上升或由旁侧接头接收。结论：由于降膜式主冷传热方式为薄液膜蒸发传热，因此热传输系数比热虹吸式主冷更高,能得到更接近的温度（降膜式主冷温差一般为0.51，而热虹吸式主冷温差一般为12），所以能耗可以由此节约约2%。（七）分馏塔系统的无氢制氩子系统一设备1.一台粗氩塔、一台精氩塔，均采用规整填料塔.二流程1.除氧：87/90K，粗氩塔的作用是将氩中的氧脱除。2.除氮：77/87K，精氩塔的作用是将粗氩中的微量氮分离出去。三.流程特点1.液空做精氩塔的蒸发器热源。2.精氩塔
20、的冷凝器的冷源：液氮、贫液空、富氧液空（八）低温液体泵一 设备 高压液氧泵2台，高压液氮泵2台，循环液氩泵2台二 供应商CRYOSTAR、CRYOMEC、ACD三 满负荷1台，低温冷备1台四、空分关键设备及供应商空压机、增压机 国外：MANTURBO(曼透平)，SIEMENS(西门子)国内：沈阳鼓风机厂，陕西鼓风机厂汽轮机 国外：MANTURBO(德国曼透平)，SIEMENS(西门子)国内：杭汽（西门子参股），锦化机（西门子控股）增压透平膨胀机 国外：CRYOPUMP(ACD)(美国低温),CRYOSTAR(法国)，ATLAS(阿特拉斯)国内：川空、杭州杭氧低温离心泵（液氧泵、液氩泵、液氮泵）
21、国外：CRYOSTAR(法国),CRYOMEC（瑞士），CRYOPUMP(ACD)(美国低温)国内：杭州杭氧，开封空分集团四、空分关键设备及供应商分子筛吸附剂 上海环球分子筛有限公司（美国UOP）上海苏尔寿（瑞士SULZER）分子筛切换阀 国外：德国MAPAG，西班牙Orbinox 国内：杭州杭氧高压板式换热器（6.4MPa以上无国产化）国外：美国Chart，法国Norton 国内：杭州杭氧，开封开空低温安全阀，高压氧气阀，调节阀 BOPP&REUTER、HEROSE(赫罗斯)、LESER、TYCO(泰科)、Dresser 低温手动阀 DRW、HEROSE(赫罗斯)、上海KVC、Linde MAPAG 规整填料 国外：德国林德 国内：法液空杭州，上海苏尔寿（瑞士SULZER），杭州杭氧五、空分安全 空分中的安全：1、物理超压 2、主冷防爆 3、氮气窒息 4、低温液体冻伤 5、保温材料珠光砂排放不当引起冷箱爆炸 6、氧气管道设计和操作不当会引起爆炸 7、空压机主要问题是轴向窜动和振动，造成密封器烧毁，以致叶轮磨壳，造成叶轮和气缸体的粉碎性爆炸。
