1、空分技術(shù)培訓(xùn)課件 目 錄第一節(jié) 概述第二節(jié) 工藝特點(diǎn)第三節(jié) 流程說(shuō)明及設(shè)備配置第四節(jié) 關(guān)鍵設(shè)備及供應(yīng)商介紹第五節(jié) 空分安全2一、概述空氣分離的幾種方法 低溫法（經(jīng)典，傳統(tǒng)的空氣分離方法） 壓縮膨脹 液化（深冷） 精餾 低溫法的核心 吸附法：利用固體吸附劑（分子篩、活性炭、硅膠、鋁膠）對(duì)氣體混合物中某些特定的組分吸附能力的差異進(jìn)行的一種分離方法。 特點(diǎn)：投資省、上馬快、生產(chǎn)能力低、純度低（93%左右）、切換周期短、對(duì)閥的要求或壽命影響大。 膜分離法：利用有機(jī)聚合膜對(duì)氣體混合物的滲透選擇性。 穿透膜的速度比快約4-5倍，但這種分離方法生產(chǎn)能力更低，純度低（氧氣純度約25%35%）3我國(guó)大中型空分設(shè)

2、備流程技術(shù)發(fā)展綜述一、鋁帶蓄冷器凍結(jié)高低壓空分流程。二、石頭蓄冷器凍結(jié)全低壓空分流程。三、切換式換熱器凍結(jié)全低壓空分流程。四、常溫分子篩凈化全低壓空分流程。五、常溫分子篩凈化增壓膨脹空分流程。六、常溫分子篩凈化填料型上塔全精餾制氬流程。七、內(nèi)壓縮流程 。4 空分系統(tǒng)的組成及其作用（低溫法）凈化系統(tǒng) 壓縮 冷卻 純化 分餾 （制冷系統(tǒng)，換熱系統(tǒng)，精餾系統(tǒng)） 液體：貯存及汽化系統(tǒng)； 氣體：壓送系統(tǒng)；1、凈化系統(tǒng)：除塵過(guò)濾，去除灰塵和機(jī)械雜質(zhì)；2、壓縮氣體：對(duì)氣體作功，提高能量、具備制冷能力； （熱力學(xué)第二定律）3、預(yù)冷：對(duì)氣體預(yù)冷，降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)性 有預(yù)冷的一次節(jié)流循環(huán)比無(wú)預(yù)冷的一次節(jié)流循環(huán)經(jīng)

3、濟(jì)，增加了制冷循環(huán)，減輕了換熱器的工作負(fù)擔(dān)，使產(chǎn)品的冷量得到充分的利用；4、純化：防爆、提純； 吸附能力及吸附順序?yàn)椋?； 5 空分系統(tǒng)的組成及其作用6二、工藝特點(diǎn) 產(chǎn)品規(guī)格與參數(shù)7二、工藝特點(diǎn)1、產(chǎn)品氧壓力較高： 8.5MPa(G),通過(guò)內(nèi)壓縮實(shí)現(xiàn) ，典型的化工型內(nèi)壓縮空分流程。2、產(chǎn)品氮?dú)馄贩N多樣：0.42/6.0MPa(G)，所以流程組織具有多樣化。8三、流程說(shuō)明及設(shè)備配置六萬(wàn)裝置特點(diǎn):高、新技術(shù)產(chǎn)品特大型空氣分離設(shè)備裝置大型化流程控制更加復(fù)雜設(shè)計(jì)要求更加精確9空分流程選擇1、空分裝置的工藝流程采用全低壓分子篩預(yù)凈化、高壓空氣增壓透平膨脹機(jī)制冷、全精餾無(wú)氫制氬、空氣增壓的氧氮產(chǎn)品內(nèi)壓縮等

4、先進(jìn)工藝。2、內(nèi)壓縮流程是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外空分裝置普遍采用的先進(jìn)的工藝流程，內(nèi)壓縮流程具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 液氧泵由于取代了價(jià)格昂貴的氧氣透平壓縮機(jī)，可使投資降低；備品比氧壓機(jī)的備品配件價(jià)格降低，且運(yùn)行安全可靠，易于操作，因而可使維護(hù)成本降低；防止烴類(lèi)在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)積聚，安全性更好，裝置也更加可靠。10內(nèi)壓縮與外壓縮的比較11空分流程選擇3、空氣循環(huán)與氮?dú)庋h(huán)的比較 氮?dú)庋h(huán)（氮膨脹）是以氮?dú)庾鳛榕蛎浌べ|(zhì)的流程。基本用于壓力氮?dú)猱a(chǎn)量（及液氮）較氧氣量多的場(chǎng)合。 優(yōu)點(diǎn)： （1）氮膨脹使用氮?dú)庠鰤号蛎洠蛎洐C(jī)出口溫度較低，基本無(wú)液擊可能，流程組織合理，循環(huán)量較小能耗較低；（2）無(wú)需空氣節(jié)流入上塔，上塔精餾

5、潛力得到更好利用，相應(yīng)降低上塔高度； （3）降低了液氧換熱器液氧與氮?dú)馔ǖ赖膲翰钜欢ǔ潭壬辖档土嗽O(shè)備制造難度，利于高壓換熱器操作維護(hù)。 缺點(diǎn)： 氮?dú)鈮嚎s機(jī)投資增加，生產(chǎn)中氮?dú)鈮嚎s機(jī)短期停車(chē)也會(huì)造成裝置無(wú)制冷源，空氣必須推出冷箱。 12空分流程的選擇4、設(shè)置氮?dú)庠鰤簷C(jī) 低壓氮?dú)鈴南滤苯映槌觯m降低氧回收率少許，但是由于氮?dú)猱a(chǎn)品出下塔的壓力遠(yuǎn)高于上塔的壓力，只要再增加一臺(tái)小型增壓機(jī)即可達(dá)到要求的氮?dú)鈮毫Γ傮w能耗較節(jié)省，且配置簡(jiǎn)單可靠。 5、設(shè)置液體膨脹機(jī)（代替普通節(jié)流閥） 使高壓液空在降壓膨脹時(shí)產(chǎn)生制冷效應(yīng)，液體在膨脹過(guò)程中同時(shí)做功，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)組，可降低本套空分裝置的能耗約1500KW。

6、預(yù)計(jì)本裝置設(shè)計(jì)工況下液體膨脹機(jī)的效率可達(dá)到82%。13AP空分裝置的工藝技術(shù)特性：低溫全精餾深冷空氣分離技術(shù) 空氣增壓的氧氮雙泵內(nèi)壓縮流程，具有安全、可靠、易操作等特點(diǎn) 全精餾無(wú)氫制氬流程TPSA：獨(dú)有的變溫變壓分子篩（TPSA）系統(tǒng)處于世界領(lǐng)導(dǎo)地位，減少再生所需氣量和熱量、降低運(yùn)行成本、吸附劑壽命為20年。同時(shí)使用專(zhuān)利的特殊吸附劑去除98%以上的N2O，以確保主冷更安全地工作。上、下塔及精氬、粗氬塔均采用空氣化工制造的高效規(guī)整填料，壓降更低，操作彈性更大，使空分裝置的能耗更節(jié)約。高效膨脹機(jī)：空氣化工擁有全球最好的透平膨脹機(jī)：效率最高達(dá)92%，平均故障間隔時(shí)間為14年。空氣化工專(zhuān)有技術(shù)的高效率

7、液體膨脹機(jī)散裝填料的空冷塔、水冷塔高效專(zhuān)利的降膜式主冷，具有溫差低、能耗低的特點(diǎn)全自動(dòng)、先進(jìn)的模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)(MPC)，保證空分操作穩(wěn)定、簡(jiǎn)便。嚴(yán)格的HAZOP審查制度最大化地保證空氣化工成為世界上最安全的空分供應(yīng)商。低能耗：空氣化工通過(guò)優(yōu)化工藝流程和設(shè)備選型，使建設(shè)投資與5年運(yùn)營(yíng)的綜合成本最低。1415工藝流程說(shuō)明（杭氧）原料空氣自吸入口吸入，經(jīng)自潔式空氣過(guò)濾器除去灰塵及其它機(jī)械雜質(zhì)。過(guò)濾后的空氣進(jìn)入離心式空壓機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到約0.6MPa(A)，然后進(jìn)入空氣冷卻塔冷卻。冷卻水為經(jīng)水冷塔和冷水機(jī)組冷卻后的水。空氣自下而上穿過(guò)空氣冷卻塔，在冷卻的同時(shí)，又得到清洗。經(jīng)空冷塔冷卻后的空氣進(jìn)入切

8、換使用的分子篩純化器，空氣中的二氧化碳、碳?xì)浠衔锖退直晃健７肿雍Y純化器為兩只切換使用，其中一只工作時(shí)，另一只再生。純化器的切換周期約為8小時(shí)，定時(shí)自動(dòng)切換。凈化后的空氣分成二股。一股空氣進(jìn)入低壓板式換熱器，被返流氣體冷卻后直接進(jìn)入下塔。另一股空氣去增壓空壓機(jī)，這股空氣分成三部分：一部分空氣經(jīng)增壓空壓機(jī)第一級(jí)葉輪增壓并冷卻后抽出作為工廠空氣和儀表空氣；另一部分空氣經(jīng)增壓空壓機(jī)第一段增壓后進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓風(fēng)機(jī)中增壓，然后被冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入高壓板式換熱器，再?gòu)陌迨綋Q熱器中部抽出進(jìn)入膨脹機(jī)去膨脹。膨脹后的空氣送入下塔。其余空氣在增壓空壓機(jī)的第二段繼續(xù)增壓，經(jīng)冷卻后進(jìn)入高壓板式換熱器，用來(lái)與

9、高壓液氧和高壓液氮換熱。高壓空氣經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入下塔。空氣經(jīng)下塔初步精餾后，獲得液空、純液氮和污液氮，并經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后節(jié)流進(jìn)入上塔。經(jīng)上塔進(jìn)一步精餾后，在上塔底部獲得液氧，并經(jīng)液氧泵壓縮后進(jìn)入高壓板式換熱器，復(fù)熱后出冷箱，進(jìn)入氧氣管網(wǎng)；另在上塔底部抽取液氧送入液氧貯槽備用。在下塔頂部獲得液氮，并經(jīng)液氮泵壓縮后進(jìn)入高壓板式換熱器，復(fù)熱后出冷箱，進(jìn)入氮?dú)夤芫W(wǎng)；另在下塔頂部抽取液氮，經(jīng)過(guò)冷器過(guò)冷后送入液氮貯槽備用。從上塔頂部得到純氮?dú)猓?jīng)低壓換熱器復(fù)熱后出冷箱，經(jīng)氮壓機(jī)壓縮后進(jìn)入氮?dú)夤芫W(wǎng)。從上塔上部引出污氮?dú)饨?jīng)過(guò)冷器、高壓板式換熱器和低壓板式換熱器復(fù)熱出冷箱后分成兩部分：一部分進(jìn)入分子篩系統(tǒng)的蒸汽加熱器

10、，作為分子篩再生氣體；其余污氮?dú)馊ニ渌Ｔ谏纤胁砍槿∫欢康臍屦s份送入粗氬塔，粗氬塔在結(jié)構(gòu)上分為二段，第二段粗氬塔底部的回流液體經(jīng)液氬泵AP1(AP2)加壓后送入第一段頂部作為回流液；氬餾份經(jīng)粗氬塔精餾后得到粗液氬，并送入精氬塔中部，經(jīng)精氬塔精餾后在塔底部得到2ppmO2的精液氬。16三、流程說(shuō)明及設(shè)備配置（一）空氣過(guò)濾系統(tǒng)1、除塵要求：2um 99.9%以上；12um 99%以上；1um不做要求； 阻力大于1.5KPa，就進(jìn)行自清除。 2.處理氣量：2倍空氣流量 直接反映就是過(guò)濾筒的多少，不但影響阻力，還影響壽命、噪音。3、自潔式空氣過(guò)濾器優(yōu)點(diǎn)： 過(guò)濾阻力小 過(guò)濾效率高 適應(yīng)性廣 反吹耗

11、氣少占地面積小 （6）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 （7）防腐性好（8）日常維護(hù)工作量小4.濾紙產(chǎn)地：意大利波束、美國(guó)HV.5.電磁閥、PLC等元件要注明原產(chǎn)地.17（二）空氣壓縮系統(tǒng)原料空壓機(jī)與空氣增壓機(jī)采用汽輪機(jī)拖動(dòng)，即“一拖二”的形式，布置緊湊，占地面積小。機(jī)組推薦使用：MANTURBO(德國(guó)曼透平)或SIEMENS(西門(mén)子)。注意：1、壓縮機(jī)制造周期長(zhǎng)，需提前訂貨。 2、防止壓縮機(jī)振動(dòng)超標(biāo)。18（三）空氣預(yù)冷系統(tǒng)1.工作原理：利用反流“污氮”或氮?dú)獾暮伙柡投仁共糠炙舭l(fā)，吸收汽化潛熱使冷卻水溫降低。2.目的： （1） 把空氣冷卻到817，低溫有利于吸附，減少含水量，減少吸附器的負(fù)荷，減少主換熱器的負(fù)荷

12、，使單位能耗降低。 （2）利用多余的氮?dú)狻⑽鄣獊?lái)冷卻水，使冷量得到回收。 （3）空氣與水直接接觸，起到凈化洗滌作用，除去酸性雜質(zhì)。 （4）對(duì)空壓機(jī)起到緩沖作用。3.分類(lèi) 氨水預(yù)冷系統(tǒng)：主要針對(duì)空氣加工量多的系統(tǒng)。 冷水機(jī)組：主要針對(duì)空氣加工量20000Nm3的的系統(tǒng)。 4、組成：空冷塔、水冷塔、冷水機(jī)組 19（三）空氣預(yù)冷系統(tǒng)5.在流程組織、控制系統(tǒng)、設(shè)備結(jié)構(gòu)等方面杜絕空冷塔帶水， 保證運(yùn)行安全。6.空冷塔采用高效散堆填料塔，下部填料為不銹鋼，其余填料為 增強(qiáng)聚炳烯。即降低阻力，提高效率，又提高填料壽命。7.水冷塔采用高效散堆填料塔，填料為聚炳烯，降低阻力，提高效率.8.常溫水泵、低溫水泵均為

13、一用一備，采用國(guó)內(nèi)品牌。20（四）純化系統(tǒng)1、目的：清除空氣中的H2O,CO2,C2H2,避免低溫下被凍結(jié)的水分和二氧化碳沉積在低溫?fù)Q熱器、透平膨脹機(jī)或精餾塔里，堵塞通道、管路和閥門(mén)及乙炔集聚在液氧中爆炸的危險(xiǎn)。 凈化空氣的同時(shí)把吸附劑再生。2、方法：吸收法；凍結(jié)法；吸附法3、原理： 吸附：氣體與固體相接處時(shí)，在固體表面或內(nèi)部將會(huì)發(fā)生容納氣體的現(xiàn)象，即固體對(duì)氣體的吸附。 解吸：已被吸附的分子或原子返回到氣相或液相中去的現(xiàn)象。 21（四）純化系統(tǒng)4、分子篩吸附器結(jié)構(gòu)形式（1）立式分子篩：阻力大，適用于12000 Nm3的系統(tǒng)。（2）臥式分子篩：適用于大型，但存在三方面的問(wèn)題： a.空氣均勻分配

14、b.內(nèi)件受熱不均易產(chǎn)生變形 c.壁流效應(yīng)（3）徑流式-立式徑向流：法液空專(zhuān)利 國(guó)內(nèi)：采用臥式雙層床結(jié)構(gòu)（活性氧化鋁+分子篩）。大面積的雙層床設(shè)計(jì)科學(xué)，強(qiáng)度、剛性得到保證，應(yīng)用近二十年.林德：自動(dòng)立式徑向流吸附器來(lái)對(duì)前端空氣進(jìn)行純化和干燥。分子篩的填料式為L(zhǎng)MS，LMS對(duì)碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉挠休^高吸附率。AP :美國(guó)AP的專(zhuān)利鈣基分子篩CaX, 是分子篩類(lèi)產(chǎn)品里最好的一種，對(duì)氮氧化物和碳?xì)浠衔镂侥芰Τ瑥?qiáng)。 變溫變壓吸附，吸附再生完全自動(dòng)化，保證進(jìn)氣平穩(wěn)。法液空：立式雙層徑向流吸附器減小阻力，提高純化效率5、.延長(zhǎng)分子篩使用壽命的措施 （1） 避免床層受到突然沖擊切換系統(tǒng)采用無(wú)沖擊切換控制技

15、術(shù)： （2）避免空冷塔誤操作 （3）預(yù)冷系統(tǒng)循環(huán)水PH值 （4）避免中毒，禁油 （5）空分進(jìn)料位置選在上風(fēng)處6、 采用長(zhǎng)周期吸附，單臺(tái)吸附時(shí)間4小時(shí)，工作周期8小時(shí)。節(jié)約再生能耗，延長(zhǎng)閥門(mén)使用壽命，并且有利于空分工況穩(wěn)定。 7、再生用蒸汽加熱器，采用先進(jìn)的雙管板結(jié)構(gòu)，確保蒸汽不泄漏到再生氣中。 22（五）.分餾塔系統(tǒng)的主換熱子系統(tǒng) 高壓板式采用進(jìn)口產(chǎn)品、低壓板式采用國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。 這樣配置在保證運(yùn)行先進(jìn)性、可靠性的同時(shí)又節(jié)約投資。 進(jìn)口高壓板式可采用法國(guó)NORDON,美國(guó)CHART公司或日本神鋼產(chǎn)品。23（六）分餾塔系統(tǒng)的主精餾子系統(tǒng) 填料塔與板式塔的比較24（六）分餾塔系統(tǒng)的主精餾子系統(tǒng)精餾：空

16、氣的精餾就是利用空氣的各種組份具有不同的揮發(fā)性,即在同一溫度下各組份的蒸汽壓不同，將液態(tài)空氣進(jìn)行多次的部份蒸發(fā)與部份冷凝，從而達(dá)到分離各組份的目的。因沸點(diǎn)的差異，氧、氮、氬的蒸發(fā)順序?yàn)椋旱獨(dú)逖酰淠樞颍ㄅc蒸發(fā)順序相反）為：氧氬氮。（1）下塔。杭氧：四溢流篩板塔。 林德：篩板塔。法液空： 冷箱內(nèi)采用不銹鋼容器、管道和閥門(mén)，提高了系統(tǒng)壽命和安全性 所有塔器(包括下塔、粗氬塔、精氬塔)采用規(guī)整填料精塔 變負(fù)荷操作全自動(dòng)控制系統(tǒng),每年能節(jié)能35,保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行AP：全填料塔，新型液體收集器降低塔高（2）上塔采用規(guī)整填料塔，效率高，阻力低，提高裝置提取率，降低空壓機(jī)排壓，節(jié)約能耗。（3）主冷采用防爆

17、型林德專(zhuān)利：多次浴式冷凝蒸發(fā)器具有降膜式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省能耗、節(jié)約空間、安裝成本低提高蒸發(fā)器表面潤(rùn)濕、降低液氧泵熱負(fù)荷（省能耗）、可與低壓塔組合、具有降膜式和全侵式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)。AP專(zhuān)利：降膜式主冷，降膜式主冷的特點(diǎn)是傳熱性能好，換熱溫差小，可以有效地降低空壓機(jī)的排氣壓力， 節(jié)能0.5-2%25降膜式主冷與全浸式主冷的比較全浸式主冷(熱虹吸式主冷)浸沒(méi)在液氧;逆流交換器;飽和蒸汽從換熱器一側(cè)頂部流進(jìn)，在往下流的過(guò)程中到冷凝，并以液體的狀態(tài)從殼體底部流出。在另一側(cè), 底部的沸騰液體在向上升的過(guò)程中部分蒸發(fā)，并伴隨大量再循環(huán)液體。回流的驅(qū)動(dòng)力是由于熱虹吸效應(yīng)產(chǎn)生的，即當(dāng)蒸發(fā)器通道中的液體部分蒸發(fā)

18、時(shí)產(chǎn)生。體積密度降低，降低了在蒸發(fā)器內(nèi)的靜壓頭。交換器外部的飽和液體巨大靜壓頭會(huì)推動(dòng)汽液混合蒸汽從殼體頂部流出。回流率可隨著交換器外部的液位變化而變。 降膜式主冷降膜式主冷是同向交換器，沸騰和冷凝液體都是從交換器頂部流入。DFRC系統(tǒng)是由液體收集、加壓設(shè)施（如，儲(chǔ)液板）、液體過(guò)濾器和交換器本體組成從上塔收集液體，液體來(lái)源于另一容器的底部或蒸餾器塔板或填料上。液體流入儲(chǔ)液板并形成一定的液位，從而有足夠壓力來(lái)克服殼體的流動(dòng)壓降。 液體在交換器內(nèi)向下流動(dòng)過(guò)程中沸騰，汽液混合物從DFRC中排出。在塔底收集并回收液體，蒸汽在塔內(nèi)上升或由旁側(cè)接頭接收。結(jié)論： 由于降膜式主冷傳熱方式為薄液膜蒸發(fā)傳熱，因此熱

19、傳輸系數(shù)比熱虹吸式主冷更高, 能得到更接近的溫度（降膜式主冷溫差一般為0.51，而熱虹吸式主冷溫差一般為12），所以能耗可以由此節(jié)約約2%。 26（七）分餾塔系統(tǒng)的無(wú)氫制氬子系統(tǒng)一設(shè)備1.一臺(tái)粗氬塔 、一臺(tái)精氬塔，均采用規(guī)整填料塔.二流程1.除氧：87/90K ，粗氬塔的作用是將氬中的氧脫除。2.除氮：77/87K ，精氬塔的作用是將粗氬中的微量氮分離出去。三.流程特點(diǎn)1.液空做精氬塔的蒸發(fā)器熱源。2. 精氬塔的冷凝器的冷源：液氮、貧液空、富氧液空27（八）低溫液體泵一 設(shè)備 高壓液氧泵2臺(tái)，高壓液氮泵2臺(tái)，循環(huán)液氬泵2臺(tái)二 供應(yīng)商CRYOSTAR、CRYOMEC 、 ACD三 滿負(fù)荷1臺(tái)，低溫冷備1臺(tái)28四、空分關(guān)鍵設(shè)備及供應(yīng)商空壓機(jī)、增壓機(jī) 國(guó)外：MANTURBO(曼透平)，SIEMENS(西門(mén)子) 國(guó)內(nèi)：沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠，陜西鼓風(fēng)機(jī)