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空分設備及深冷工藝流程

空分設備及深冷工藝流程
空分設備就是以空氣為原料,通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態,再經過精餾而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體的設備。目前我國生產的空分設備的形式、種類繁多。有生產氣態氧、氮的裝置,也有生產液態氧、氮的裝置。但就基本流程而言,主要有四種,即高壓、中壓、高低壓和全低壓流程。
深冷空分制氮以空氣為原料,經過壓縮、凈化、用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物,利用液氧和液氮的沸點不同,通過精餾,使它們分離來獲得氮氣。
1.深冷制氮的典型工藝流程整個流程由空氣壓縮及凈化、空氣分離、液氮汽化組成。
1.1空氣壓縮及凈化空氣經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機,壓縮至所需壓力,然后送入空氣冷卻器,降低空氣溫度。再進入空氣干燥凈化器,除去空氣中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氫化合物。
1.2空氣分離凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器,被返流氣體(產品氮氣、廢氣)冷卻至飽和溫度,送入精餾塔底部,在塔頂部得到氮氣,液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發,同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣,冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液,另一部分作為液氮產品出空分塔。
2.主要設備簡介
2.1空氣過濾器為減少空氣壓縮機內部機械運動表面的磨損,保證空氣質量,空氣在進入空氣壓縮機之前,必須先經過空氣過濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質。目前空氣壓縮機進氣多采用粗效過濾器或中效過濾器。
2.2空氣壓縮機按工作原理,空氣壓縮機可分為容積式和速度式兩大類。目前空氣壓縮機多采用往復活塞式空氣壓縮機、離心式空氣壓縮機和螺桿式空氣壓縮機。
2.3空氣冷卻器是用來降低進入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度,避免進塔溫度大幅度波動,并可析出壓縮空氣中的大部分水分。
2.4空氣干燥凈化器壓縮空氣經空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。目前國內在中小型制氮裝置中廣泛采用分子篩吸附法。
2.5空分塔空分塔內主要包括有主換熱器、液化器、精餾塔、冷凝蒸發器等。主換熱器、冷凝蒸發器和液化器為板翹式換熱器是一種全鋁金屬結構新型組合式間壁式換熱器,平均溫差很小,換熱效率高達98-99%。
2.6透平膨脹機是制氮裝置用來產生冷量的旋轉式葉片機械,是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向心徑流式和向心徑軸流式;按氣體在葉輪中是否繼續膨脹又分為反擊式和沖擊式,繼續膨脹為反擊式,不繼續膨脹為沖擊式??辗衷O備中廣泛采用單級向心徑軸流反擊式透平膨脹機。深冷空分制氮設備復雜、占地面積大,基建費用高,設備一次性投資多,運行成本高,產氣慢,安裝要求高周期長。深冷空分制氮裝置宜于大規模工業制氮,在中、小規模制氮就顯得不經濟。在3500Nm3/h以下的設備,相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20%~50%??諝夥蛛x制氧的主要工藝及其比較氧氣在工業生產和日常生活中有廣泛的用途,空氣中含有21%(體積濃度)的氧氣,是最廉價的制氧原料,因此氧氣一般都通過空氣分離制取。
空氣分離制氧主要工藝
1.深冷分離工藝:傳統制氧技術,氧氣純度高、產品種類多,適用于大規模制氧。
2.變壓吸附工藝(PSA):新興技術,投資小、能耗低,適用于氧氣純度不太高、中小規模應用場合。
3.膜分離工藝:尚不成熟,基本未得到工業應用。深冷空分制氧工藝膜分離工藝變壓吸附制氧工藝的比較項目分離沸點不同達到分離。原理分離。離。裝置工藝流程復雜,設備較工藝流程簡單,設備少,自控工藝流程簡單,設備少,自溶解擴散性能的差異來完成氧氮吸附能力不同達到分深冷空分法膜分離空分法變壓吸附空分法將空氣液化,根據氧和氮根據不同氣體分子在膜中的加壓吸附,降壓解吸,利用特點多,投資大。工藝-160~-190低溫下操閥門少,投資較大。常溫操作控門較多,投資省。常溫操作特點作啟動時間長,一般在15~啟動時間短,一般在一般≤啟動時間短,一般≤30min,操作40小時,必須連續運轉,20min,可連續運行,也可間可連續運行,也可間斷運行。特點不能間斷運行,短暫停斷運行。機,恢復工況時間長。設備結構復雜,加工精度維護高,維修保養技術難度特點大,維護保養費用高。土建占地面積大,廠房和基礎占地面積小,廠房無特殊要占地面積小,廠房無特殊要及安要求高,工程造價高。求,造價低。求,造價低。安裝周期短,難度低,維護保養費用較高。術難度低,維護保養費用低。設備結構簡單,維護保養技術設備結構簡單,維護保養安裝周期長,技術難度安裝周期短,安裝費用低。以RICH膜分離制氮設備單位以RICH常溫變壓吸附制氮產氣0.5~1.0KW.H/Nm成本3產氣量能耗為例:單位產98%設備單位產氣量能耗為例:純度氮氣的電耗為0.29KW.H/Nm3。在超低溫、高壓環境運行單位產98%純度氮氣的電耗為0.25KW.H/Nm3。安全可造成碳氫化合物局部常溫較高壓力下操作,不會造常溫常壓下操作,不會造成性聚集,存在爆炸的可能成碳氫化合物的局部聚集。碳氫化合物的局部聚集性,可調氣體產品產量、純度不可氣體產品產量、純度可調,靈氣體產品產量、純度可調,性調,靈活性差活性較好。
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