空分技术

nullnull空分介绍 煤气化组 2006年4月26日 提纲提纲一、概述 二、林德空分装置简介 三、项目对空分的要求 一、概述一、概述1、空气分离的方法 2、低温分离技术的发展 分离工艺的发展 工艺简介：外压缩与内压缩 空气分离的方法空气分离的方法低温与非低温空气分离的方法可分为低温和非低温两种，其中非低温空气分离方法包括吸附、膜分离、化学分离法，处理气量较少并且 能耗较高。由于目前在大规模制取氧、氮气液产品，尤其是高纯度产品方面低温分离法具有无法取代的竞争优势，而且只有低温分离法才具有可同时生产氩等稀有气体产品的能力，故低温法在空气分离的工业应用中占据非常重要的地位。 1895年,德国人林德建成了第一个空气液化装置并于1902年建成了第一个空气分离制O2、N2装置. null空气低温分离是利用多塔低温精馏工艺从压缩空气中制取高纯度的氧、氮、氩产品 空气净化单元：用于除去压缩空气所含的杂质，包括水、C02、碳氢化合物等 净化后的空气经换热器被冷却至低温，在精馏塔中可分离为氧、氮、氩等产品 装置所需冷量由压缩空气或压缩氮气膨胀做功制取 早期发展：产品提取率的提高、原料空气的净化、换热器效率的提高、装置的优化控制、压缩机和膨胀机效率的提高等 最近发展：着重于填料精馏塔的使用、分子筛吸附器用于空气的净化、计算机模拟和控制、单元设备机械效率的提高等以达到规模化、低能耗、高纯度(N2>99.99%,O2>99.6%)的要求 低温分离技术的发展null工艺简介：空分装置全过程示意图null加压方式：根据气态产品的加压方式可将空气低温分离流程分为外压缩和内压缩两种类型。 外压缩流程：空分装置生产的气态产品的温度接近于环境温度，因其压力仅比大气压力稍高，故需要通过压缩机将其压缩至用户所需压力。在内压缩流程中，用液体泵将来自精馏塔的产品液体提压，再送入换热器汽化、复热后出空分装置。 外压缩流程：其中用液体泵将产品液体泵至用户所需压力的流程为全内压缩流程；在装置内将产品液体压力提升至一中间压力的流程为部分内压缩流程，此种流程可降低离心压缩机的压缩级数。 低温分离技术的发展——工艺简介null原料空气经压缩冷却后，在分子筛吸附器中除去水、CO2、碳氢化合物等，进入换热器与返流气换热 原料空气的绝大部分进入下塔，约12％的空气经与膨胀机耦合的增压机增压后膨胀做功制取冷量，膨胀后的空气送入上塔参与精馏 在精馏塔中进行热质交换，获得氧、氮和氩产品。气态氧、氮产品出装置的压力稍高于大气压力，由离心式压缩机压缩至用户所需压力 气态氧、氮产品出装置的压力稍高于大气压力，由离心式压缩机压缩至用户所需压力 制取氩产品时，含氩量为10％~12％的氩馏分从上塔中部抽出，在粗氩塔完成氧、氩分离 由于氧、氩相对挥发度小，故采用筛板塔的氧、氩分离只能将氩中的含氧量降至2％，还需加氢进一步除氧 低温分离技术的发展——外压缩流程null低温分离技术的发展——外压缩流程null低温液体泵取代离心压缩机进行气态氧、氮产品压缩的流程为内压缩流程 内压缩空分流程分为空气循环（又称双泵流程）和氮气循环（又称单泵流程）。空气循环是用高压空气来复热高压液氧和高压液氮产品（根据需要），液氧、液氮根据需要用泵加压到所需压力；氮气循环流程是用高压氮气来复热高压液氧，用液氧泵压缩液氧达到所需压力，用氮压机压缩氮气达到所需压力。 在此流程中，液氧从上塔底部抽出，用液氧泵将其升至用户所需压力，经换热器汽化复热后送往用户 一部分净化空气在增压机中进一步增压至适当压力，进入换热器回收压力液氧的冷量，冷凝后的液空送往上、下塔参与精馏 此流程尤其适用于为向以含碳物质为原料的制氢装置提供高压氧、氮 低温分离技术的发展——内压缩流程低温分离技术的发展——内压缩流程低温分离技术的发展——内压缩流程此流程尤其适用于为向以含碳物质为原料的制氢装置提供高压氧、氮 与常规低压外压缩流程相比，不仅液氧泵的维护要比氧压机简单，而且液氧泵的价格比离心式氧压机要便宜得多，故可减少液氧内压缩流程设备的投资费用 空气增压机的效率高于氧压机，流程的安全性也比常规低压外压缩流程高 液氧内压缩的总能耗要比常规低压外压缩流程高 空气增压机的效率高于氧压机，流程的安全性也比常规低压外压缩流程高 液氧内压缩的总能耗要比常规低压外压缩流程高 null低温分离技术的发展——内压缩流程二、林德空分装置简介二、林德空分装置简介1、流程简述(50000NM3/H为例) 2、流程特点 3、主要设备null此流程为径向流分子筛净化空气、氮气增压、氧气内压缩流程，带中压氮增压透平膨胀机，氮膨胀循环，并采用规整填料上塔工艺 设置有液氧、液氮储存后备系统，在空分装置单线停车时启动后备系统确保下游装置短时间（14—16小时）仍可满负荷运行，同时确保事故用氮供应 流程简述null空气通过空气过滤系统（S1146），去除灰尘和机械杂质 过滤后的空气由带中间冷却器的多级透平压缩机（C1161）压缩至工艺所需压力~0.63MPa 过滤后的空气质量要求:固体物含量<0.5 ml/Nm3,粒径<0.1微米 流程简述——空气压缩 对原料空气的质量要求: null压缩后的空气在空冷塔（E2416）中以对流形式被两层喷淋冷却水冷却和清洗。在底部，空气被来自（P2466A/B）水泵的循环冷却水预冷，在顶部,空气被经水冷塔(E2417)、冷冻水泵（P2467A/B）和氨冷器 (E2422)后冷冻水冷却。最终空气出空冷塔温度~13°C。 空气中可溶于水的化学杂质也被逆流的冷却水清洗吸收 剩余的杂质，如水蒸汽、二氧化碳、乙炔、一氧化二氮和潜在有害的碳氢化合物，在通过两台装有分子筛的吸附器（A2626A/B）时被吸附 除水蒸汽、二氧化碳是防止结冰,堵塞管道及设备 除乙炔、一氧化二氮和潜在有害的碳氢化合物是消除引爆源。导致爆炸有三个条件:危险杂质的积累、液氧的存在和具有一定能量的引爆源，摩擦与冲击、 静电放电、压力脉冲 、液态臭氧、氮氧化物以及有机过氧化物等都是引爆源。(乙炔在液氧中爆炸敏感性最强，其溶解度很小3.6 ml/NM3，乙炔析出时呈白色固体飘于液氧面上,在引爆因素作用下极易爆炸)流程简述——预冷和前端净化null两只吸附器当一只处于工作状态时，另一台吸附器由来自分馏塔的污氮气进行再生；吸附与再生循环交替进行。 纯化器的切换时间约为240分钟，定时自动切换。空气经净化后,由于分子筛的吸附热,温升至~18℃。 再生步骤： 卸压：将吸附器内的压力由工作压力卸至常压 加温：再生污氮气由再生蒸汽加热器（E2617）加热到所需再生温度后，通过吸附器，对吸附器内的吸附剂加热，使其吸附的杂质解析 冷吹：将吸附器内的温度降至工作温度 充压：对吸附器进行充压，使其内压力达到工作压力 流程简述——分子筛的吸附和再生null来自分子筛净化装置（A2626A/B）的干燥净化空气，在主换热器单元（E3116A/B/C/D, E3117A/B/C/D, E3119）被返流的污氮气和产品气体冷却至接近冷凝温度-170.5°C 低温空分工艺的冷量是由氮循环系统产生的 来自压力塔顶部(T3211)和增压透平膨胀机的膨胀后氮气在主换热器(E3116A/B/C/D)中复热，经一台循环氮气压缩机(C1461)压缩，并在压缩机后冷却器(E1431)中冷却。 其中来自第一段冷却器后~3.3 Mpa的一股气流在由透平膨胀机直接制动的透平增压机(C3420)中进一步压缩~4.57MPa，经增压机后冷却器(E3421)冷却后进入主换热器(E3116A/B/C/D)冷却，中抽进入透平膨胀机膨胀,膨胀后氮气进入透平气液分离器(D3432)，在气液分离器中气体氮经过复热后,回到循环氮气压缩机(C1461)的入口侧，液氮则被送到低压力塔（T3212）的顶部。 流程简述——热交换和制冷null在压力塔（T3211）中，来自主换热器的空气被预分离。顶部产生纯氮气，底部是富氧液空 来自压力塔（T3211）顶部的气氮，大部分压力氮作为循环氮压缩机原料气，一小部分可作为装置内部机组密封、吹除气；其余在主冷凝器（E3216）中被来自低压力塔（T3212）的沸腾液氧冷凝 被主冷凝器冷凝的液氮一部分做为压力塔（T3211）所需的回流液，其余的经过冷器（E3316）过冷后，做为低压力塔（T3212）回流液。主冷凝器中的液氧蒸发后上升回到低压力塔流程简述——空气分离空气主要组成及其主要成分的物化参数 null来自压力塔的富氧液空在过冷器（E3316）中过冷后送入低压力塔（T3212）中部做为回流液 从压力塔（T3211）下部抽取一定量的污液氮送入低压力塔（T3212）做回流液 在低压力塔（T3212）中，最终分离为底部的纯液氧、纯气氧，和顶部的气氮 来自低压力塔（T3212）的不纯氮气（污氮），在过冷器（E3316）中将冷量传递给回流液，经污氮换热器（E3117A/B/C/D）出冷箱。部分污氮气作为分子筛装置的再生气体，其余的污氮气去水冷塔(E2417)使水蒸发冷却 低压力塔（T3212）预留氩馏份抽口 流程简述——空气分离null来自低压力塔(T3212)底部的液氧经过内压缩液氧泵(P3568A/B)压缩至5.37 MPa，经主换热器(E3116A/B/C/D)蒸发复热后出冷箱，作为氧气产品,送往氧气产品管网 来自主冷凝器(E3216)底部的一部分液氧,经过冷器(E3316)中冷却后,作为液氧产品送入液氧贮槽 液氮产品取自低压力塔（T3212）顶部，送入液氮贮槽低压气氮从低压力塔（T3212）顶部抽出。在过冷器（E3316）中将其冷量传给回流液，通过氮换热器（E3119）出冷箱,被送往产品氮压缩机（C1761）压缩至0.6 MPa，作为低压氮产品送入管网 高压气氮HP-N2(8.2 MPa)从循环氮气压缩机（C1461）的最后一段送出 中压气氮MP-N2(5.4MPa)从循环氮气压缩机的第二段送出 低压气氮LP1-N2(1.0 MPa)从循环氮气压缩机（C1461）的第一段送出 流程简述——氧、氮产品null流程简述null此装置采用氮气循环单泵内压缩流程，即采用增压氮气循环压缩机+液氧泵并通过换热器系统的合理组织来取代氧压机，同时增压氮气循环压机即做产品氮压机又做循环增压氮压机 合理配套自动化程度高的后备贮存系统 原料空气自洁式过滤器的滤筒能在不停车条件下更换 采用径向流分子筛吸附器结构，具有气流分配均匀，占地小，配管简单等优点；特殊的吸附剂对氧化亚氮吸附率>90% 由于采用内压缩流程，液氧的大量抽取可以保证主冷凝蒸发器液氧中碳氢化合物、氮氧化合物和其他有害杂质不积聚 空分装置控制主要采用集散控制系统DCS和透平机集成控制系统（ITCC）,ITCC相关的报警及操作以通讯方式进DCS 流程特点null采用氧内压缩流程按所要求的压力供气，取代了氧气外压缩系统，提高了装置的安全性和运行可靠性 冷箱由模块化设计的单元体集成 HP-N2, MP-N2,LP1-N2产品来自循环氮气压缩机，不需内压缩泵和外加产品氮压机 主空压机和氮循环压缩机共同由一台汽轮机驱动，一台大汽轮机取代两台小汽轮机的优点在于降低投资成本，提高效率和装置运行可能性 液氧后备系统可在60秒内自动提供高压氧气；液氮后备系统可在60秒内自动提供高、中、低压氮气 流程特点null空分设备主要有：容器、换热器、机泵、机械和冷箱共5大类 国外厂商：林德、法液空、APCI、PRAXIS 国内厂商：杭氧、开封空分 空气压缩机及氮气（或空气）循环增压机组 ：都为离心式压缩机，单机运行 ；共用一台凝汽汽轮机驱动 空压机机组是空分装置中的最关键、制造难度最大的设备 ；空压机的气量高达270000 Nm3/h以上，其轴功率约23700kW；循环增压机的功率大约为17800 kW；驱动这两台压缩机的汽轮机功率在40000 kW以上 。 空压机机组制造商：MANTURBO与SIMENS 也可采取由MANTURBO与陕西鼓风机厂或SIMENS与国内制造厂合作制造方式膨胀机/增压机组：为与冷箱紧密相关的低温设备，需要进口 低温泵：低温液氧、液氮泵是空分装置的核心设备，工作在-170~-180℃，国内不能生产需进口解决 高压板翅式换热器：是空分装置主换热器，其工作压力8.0MPA以上，国内生产高压板翅式换热器尚不过关，需要引进 主要设备null膨胀机/增压机组：为与冷箱紧密相关的低温设备，需要进口 低温泵：低温液氧、液氮泵是空分装置的核心设备，工作在-170~-180℃，国内不能生产需进口解决 高压板翅式换热器：是空分装置主换热器，关系空分装置运行的可靠性与经济性，其工作压力8.0MPA以上，国内生产高压板翅式换热器尚不过关，需要引进 空冷塔、水冷塔：可以完全由国内制造 分子筛：由空分工艺商设计，国内可以生产，但配套的切换阀需要进口，其分子筛可以由国内企业提供 冷箱：是空分的核心部份，由工艺商设计，其中包括上述板翅式换热器在内的主换热器、精馏塔、过冷器等，冷箱内的低温阀都需进口 液氧、液氮储槽：均为立式常压园筒形低温储槽，可在现场制作 主要设备null空分设备一览表null空分设备一览表null设备参数表——T3211null设备参数表——E3216null设备参数表——T3212本项目对空分的要求本项目对空分的要求产品产量大；制O2量高达18～21×104NM3/H 气、液体的纯度要求高(N2>99.99%,O2>99.6%) 氧气产品压力高 氮气产品品种多 提供仪表空气、工厂空气供全厂的仪表空气和工厂空气管网 提供氮气供全厂的氮气管网 null空压机组三、实例三、实例SASOL，102,200Nm3/h，冷箱，APCInull特立尼达，82,000Nm3/h，APCInull唐山，28,000Nm3/h，APCInull南化，48,200Nm3/h，APCInull 欢迎 各位领导、同事 批评指导!