空分工艺流程课件.ppt

空分工艺制作单位：空分分厂制作单位：空分分厂制作人制作人:Tel:Tel:20XX20XX年年XXXX月月0 0精品课件 精品课件目 录 一、概述 1、空分的含义 2、空分行业介绍 3、空气分离的方法 4、空分设备的应用 二、我公司配套的空分装置的流程和特点 1、装置的流程 2、装置的性能参数 3、按流程的顺序分别介绍各个系统 三、空分设备的安全规定及一些事故案例 四、空分装置的施工1 1精品课件 精品课件 一、概述2 2精品课件 精品课件空分的含义 空分的含义：空分，顾名思义即空气的分离，是利用不同的方法将空气中的各组分分离开来，从而获得所需要的氧气、氮气及一些稀有气体的过程。3 3精品课件 精品课件空分行业介绍 1903年，德国人卡尔林德发明制造了世界上第一台深冷（低温）法生产氧气的空分设备，采用高压节流单塔流程，产氧量10m3/h。到目前为止，世界上从事空分行业的大型公司有：德国林德 法国液空 英国BOC 美国APCI和Praxair 中国杭氧、川空、开空 1934年，中国首次从日本、德国引进一套两国拼凑的15m3/h空分设备，由日本人安装于青岛“中国瓦斯工厂”。4 4精品课件 精品课件 1949年，全国只有进口的小空分设备89套，总容量只有3415m3/h。1953年底，哈尔滨第一机械厂首次试制成功了两套30m3/h空分设备。杭氧从1955年试制空分设备，1956年起形成批量生产。至2000年底全国共生产空分设备130多种规格，8339套，其中1000m3/h以上的大中空分设备580套。全国空分生产氧的能力达277万m3/h。最近几年的空分设备大型化发展更加迅猛。我国的中大型空分设备发展至今，期间经历了六代变革：第一代：铝带蓄冷器型；第二代：石头蓄冷器型；第三代：可逆式切换板翅换热器型；第四代：常温分子筛吸附型；第五代：分子筛吸附+增压透平膨胀机型；第六代：规整填料塔+无氢制氩型。目前世界上最大的空分设备是法液空供加拿大长湖化工项目配套的113880m3/h，我国现在已具备生产60000m3/h等级大型空分设备的能力。5 5精品课件 精品课件空气分离的方法 空气中的主要成分是氧气、氮气、氩气、二氧化碳以及一些其它气体和杂质。它们在空气中分别以分子的状态存在,数目非常多，并且永不停息地作无规则的运动，均匀地相互搀混在一起，要将它们分开，目前主要有三种方法：低温法、吸附法、膜分离法。空气中主要组分的性质如下：名称化学符号沸点101.325KPa熔点101.325KPa 密 度 临 界 点Kg/m3气体Kg/l液体氮N2-195.8-209.86 1.25 0.81-147氧O2-183-218.4 1.43 1.14-119氩Ar-185.7-189.2 1.782 1.4-1226 6精品课件 精品课件 1、低温法：原理：是根据空气中各组分的沸点不同，经加压、预冷、纯化、并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化，再进行精馏，从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热交换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度较高的气体冷凝,放出冷凝热,气体冷凝时,首先冷凝氧组分.此过程一直进行到气、液处于平衡状态。这时,液相由于蒸发,使氮组分减少,同时由于气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了,同样气相由于冷凝,使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相,因此气相的氮浓度增加了.7 7精品课件 精品课件 多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程,从而将空气中的氧和氮分离开来。2、吸附法：原理：利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有的分子筛（如5A、13X等）对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通过，可得到较高纯度的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具有较强的吸附性能，让氮分子通过，可得到较高纯度的氮气，从而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有93%左右。3、膜分离法：原理：它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-5倍，从而实现氧、氮的分离。膜分离的富氧浓度只能达到2835%O2。目前应用较多的是低温法（又叫深度冷冻法）。它的优点：生产量大，产品纯度高，电耗低且可得到液态产品，故应用广泛。8 8精品课件 精品课件空分设备的应用 一、钢铁行业：高炉炼铁的富氧粉煤送风、转炉氧气顶吹、电炉富氧炼钢；氩气参与炼钢冶炼。二、有色金属富氧冶炼；三、机械工业，金属焊接等；四、石化工业，塑料，化纤合成，保护气；五、化肥工业合成氨用氮，造气用氧；六、煤气化工程造气用氧；七、国防工业：氢氧发动机、火箭燃料、液氧炸药；八、浮法玻璃锡池氮气保护；九、低温工程，航天工业；十、医用氧，氮气保鲜，半导体等.9 9精品课件 精品课件二、我公司配套的空分装置的流程和特点10 10精品课件 精品课件我公司采用的空分装置特点 本界区空分装置共三期六套，其中主精馏塔由杭州杭氧股份公司制造，单套空分装置制氧能力48,000Nm3/h，制氮能力80000Nm3/h，同时副产工厂空气、仪表空气、液氮和液氧。本装置生产的纯度为99.8%的氧气主要供下游气化装置使用，作为气化炉的原料气参加反应；纯度为99.99%的氮气供下游工艺生产使用，作为保护气和吹扫用气；副产的工厂空气、仪表空气供所有化工区各分厂和正常生产动力车间生产装置使用，作为仪表气源和吹扫用气。11 11精品课件 精品课件装置的流程形式 我们的设备采用的是单泵内压缩、空气增压循环、膨胀空气进下塔的内压缩流程。空分装置流程主要分外压缩、内压缩 外压缩就是利用氧气压缩机将空分装置出来的低压产品氧气压缩至用户所需要的压力等级。内压缩是采用液氧泵对产品液氧进行压缩，然后换热汽化的一种流程形式。内压缩流程分类 内压缩流程的形式比较多，根据流程形式大致分为三种：1、单泵、双（多）泵内压缩流程。2、空气增压循环和氮气增压循环。3、膨胀空气进上塔和膨胀空气进下塔。内压缩流程的优点 1、取消了氧压机，无高温气氧，火险隐患小，安全性好。2、从主冷大量抽取液氧，使碳氢化合物的积聚的可能性降低。12 12精品课件 精品课件装置性能参数产 品产量Nm3/h纯 度 压力MPaG备注氧 气48,000 99.8 O24.7内压缩液 氧300 99.8 O20.16折合气态氮气I 25,000 10ppm O20.4下塔抽取氮气II 10,000 10ppm O24.1开车时用气量包含在氮气I 中氮气III 55,000 10ppm O20.008暂通水冷塔13 13精品课件 精品课件装置性能参数液 氮300 10ppm O20.2折合气态仪表空气6000无油、无尘压力露点：-400.7增压机一级后抽出装置空气5000无油、无尘压力露点：-400.4分子筛后抽出气化炉开工空气7000无油、无尘压力露点：-400.4气化开车时使用、分子筛后抽出14 14精品课件 精品课件KDON-48000/80000型空分装置简易流程 空气蒸汽空冷塔膨胀机空压机下塔上塔增效塔 主冷压力氮气去压缩机分子筛高压氧气4.7MPa污氮气去水冷塔粗氩气低压氮气去水冷塔污氮气去分子筛15 15精品课件 精品课件氧、氮在不同压力下的饱和温度16 16精品课件 精品课件组成空分装置的几个系统 整个空分装置必须解决以下几个问题：一、如何清除空气中的杂质；二、如何为装置提供带压的空气；三、如何将空气冷却到液化温度；四、如何将空气分离成氧、氮；五、如何将产品送到用户；六、如何控制制氧过程中的正常进行。为此，空分装置中相对应的建立了以下几个系统：一、杂质的清除系统（空气过滤器和纯化系统）；二、空气加压系统（空压机及增压机系统）；三、空气的冷却和液化系统（预冷系统和膨胀机、换热器系统）；四、空气的精馏系统（分馏塔系统）；五、产品的输送、贮存系统（压氮系统和液体贮存系统）；六、仪电控制系统。17 17精品课件 精品课件流程叙述 本 装置为分子筛净化空气、空气增压、膨胀空气进下塔、氧气内压缩流程，带中压空气增压透平膨胀机，采用规整填料上塔、增效氩塔工艺。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，经原料空气压缩机压缩后进入空气冷却塔冷却。冷却水为经水冷塔冷却后的水。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480分钟，定时自动切换。18 18精品课件 精品课件 净化后的空气分为两股：一股进入低压板式换热器，与返流的气体换热后出换热器底部后进入下塔；另一股去空气增压机。进入空气增压机的空气经增压机第一段增压后分为两股：一股直接出增压机，经后过冷器冷却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，再从高压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。另一股空气在增压机的第二段继续增压并经后冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热。这部分高压空气从换热器底部抽出经节流进入下塔。空气经下塔初步精馏后，获得液空和污液氮，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。另抽取液氧送入液氧贮存系统。在下塔顶部获得纯液氮，送入液氮贮存系统。19 19精品课件 精品课件 在下塔顶部抽取压力氮气，经低压板式换热器复热后出冷箱，进入氮气管网。从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入增效粗氩塔，氩馏份经增效粗氩塔精馏后得到粗氩气。粗氩气经过低压板式换热器复热后出冷箱，可以与污氮气汇合去水冷塔也可以单独作为粗氩气产品。从上塔顶部抽取低压纯氮气经过冷器、低压板式换热器复热后送入水冷塔或送入用户管网。从上塔上部引出污氮气经过冷器、低压板式换热器和高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。下面分别介绍流程中的各个系统。20 20精品课件 精品课件1、空气过滤系统 在工业区的空气含尘量一般为1-5 mg/m3。灰尘粒度为0.5-20m，以10000m3/h制氧机的加工空气量估算，每天随加工空气带到空分装置的灰尘就有10kg之多。空压机如果直接吸入这样脏的空气，很快就会损坏，因此，在进入空压机之前均设置空气过滤器，清除空气中的固体杂质。固体杂质颗粒直径大于100m的在重力作用下会自动降落，小0.1m的极小粒子不致引起危害,所以需要净除的对象为100-0.1m的尘粒,空气过滤器主要捕集的是10-0.1m的尘粒.净除后空气中含固体杂质的量小于0.5mg/m3。21 21精品课件 精品课件 一、除尘的方式：1、过滤除尘：使含尘气体通过滤料，将尘粒分离捕集。2、惯性除尘：是使气流进行急剧的方向改变，借尘粒本身的惯性力作用将其分离。3、离心力除尘：使含尘气体作旋转运动。4、洗涤除尘：液滴、液膜、气泡、粘附。5、静电除尘。二、过滤器的分类：空气过滤器可分为干式或湿式两种。干式过滤器属于表面式过滤器，靠织物网眼阻挡尘粒；湿式过滤器靠油膜粘住灰尘。1、湿式过滤器 在空分装置中常见的有两种：拉西环式或链带式过滤器。拉西环 过滤器由于过滤效率不高，只适用于小型空分装置。而链带式过滤器的缺点是除尘后的空气中含有少量的油滴，一旦空气量加大，气流速度增大，含油量会大大增加。22 22精品课件 精品课件 2、干式过滤器1）卷帘式过滤器 也叫干带式空气过滤器。它由一个电动机变速传动，随着灰尘的积聚，空气通过干带的阻力增大，当超过规定值时，带电接点的差压计将电机接通，使干带转动。当阻力恢复正常后，即自动停止转动。2）袋式过滤器 空气从顶部进入，经分配器后进入袋内，经滤袋过滤后由下部流出。积聚在袋上的灰尘由反吹风机吹落，当灰尘在滤袋上积累到阻力达980Pa时，反吹罗茨风机及反吹环自动启动，反吹空气通过胶皮软管进入反吹装置，并设有限位开关，能上下来回移动。主要用于北方，因南方空气湿度大，灰尘粘在布上，很难除去。3）脉冲式过滤器，又叫自洁式过滤器，结构：由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统等组成。使用方式：在吸气负压作用下，空气穿过高效过滤筒，粉尘由于重力、静电和接触被阻留。这种过滤器适用于尘量较大的地区，过滤效率高且便于维护。我们选用的就是这种23 23精品课件 精品课件自洁式过滤器24 24精品课件 精品课件 原料空气压缩机和 增压空气压缩机 作用：提供带压原料空气结构：成套进口德国曼透平公司的产品，由汽轮机拖动两台离心式压缩机使用：原料空压机排气量：251000Nm3/h,0.595MPa(A)增压机 流量 压力一级:6000Nm3/h,0.80MPa(A)一段：25000Nm3/h,2.82MPa(A)二段：83000Nm3/h,7.30MPa(A)2、空压机及增压机系统25 25精品课件 精品课件原料空气压缩机和增压空气压缩机 原料空气压缩机和增压空气压缩机均采用离心式压缩机，由透平蒸汽轮机驱动。原料空气压缩机的作用是为装置提供带压原料气，增压空气压缩机的作用是为装置提供膨胀及液氧气化的气源。原料空压机与增压空压机采用一台汽轮机拖动的形式，节省投资及运行费用。26 26精品课件 精品课件原料空气压缩机空压机为水平剖分外挂悬臂蜗室结构，第一级叶轮外挂悬臂，入口处带有可调进口导叶，第二、三、四级叶轮与一级叶轮同向布置，一、二、三级后均设内置式中间冷却器。含尘空气进入空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等后，经入口导向叶片进入空气压缩机，经三段四级压缩后到空分装置。27 27精品课件 精品课件增压空气压缩机型式：整体齿轮式 进入空气增压机的空气经增压机第一段增压后分为两股：一股直接出增压机，经后冷却器冷却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，再从高压板式换热器中部抽出进入膨胀机去膨胀。膨胀后的空气直接送入下塔。另一股空气在增压机的第二段继续增压并经后冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热。这部分高压空气从换热器底部抽出经节流进入下塔。28 28精品课件 精品课件 工艺流程29 29精品课件 精品课件 3、预冷系统 空气冷却塔 作用：把空压机出来的高温气体（116）冷却到17 结构：填料塔 使用方式：空气从空冷塔下部进入，在填料表面与自上而下流过的冷却水和常温水进行热质交换，使空气冷却并洗除空气中的一些有害杂质，冷却水来自水冷塔。30 30精品课件 精品课件工作原理及流程 它的作用是利用氮气或污氮含水分的不饱和度以及出塔温度与循环水温存在温差，使水温降低；再通过水作介质降低加工空气进入后系统的温度，同时降低空气中的饱和含水量。空冷塔的作用：干燥、冷却、洗涤、缓冲。氮水预冷器主要由两个塔组成：一个水冷却塔、一个空气冷却塔。由分馏塔出来的氮气或污氮温度较低，含湿量亦较小，相对湿度约30%，在水冷塔内与温度较高的冷却水相遇，进行热交换。同时由于干燥氮气或污氮的吸湿作用（含水不饱和性），带走水分，由于水分蒸发吸热，使冷却水本身的温度降低，这是使冷却水降温的主要因素。常温水经过水泵输送到空冷塔的中部喷淋；经过降温的水，自水冷塔出来，再由泵输送到空气冷却塔上部喷淋，与压缩空气相遇，进行热交换，使压缩空气温度降低，饱和含水量减少。此外对空气进行一次水洗，对清除其中的杂质和酸性气体是有利的。31 31精品课件 精品课件 工艺流程32 32精品课件 精品课件 4、纯化系统 分子筛纯化系统作用：吸附空气中水分、乙炔、CO2及一些碳氢化合物。结构：卧式圆筒体，内设支承栅架。使用方式：由于分子筛的吸附特性将空气中的水份、乙炔、CO2等吸附，后被高温气体反向再生。分子筛吸附器成对交替使用，一只工作时，另一只被再生。33 33精品课件 精品课件设置此系统的必要性 空气是多组分组成，除氧气、氮气等气体组分外，还有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量的灰尘等固体杂质。这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会到来较大危害，固体杂质会磨损空压机运转部件，堵塞冷却器，降低冷却效果；水蒸气和二氧化碳在空气冷却过程中会冻结析出，将堵塞设备及气体管道，致使空分装置无法生产；乙炔进入空分装置后会导致爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，清除这些杂质是非常有必要的。34 34精品课件 精品课件关于吸附的几个概念 吸附：某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚的现象称之为吸附。被吸附的物质叫“吸附质”，而具有多孔的固体表面的吸附相称作“吸附剂”。吸附热：吸附使表面力饱和，表面能降低，因而吸附过程放热，所放出的热量称为吸附热。动态平衡：指吸附和解吸的分子数相等，处于平衡状态。吸附剂失去了吸附能力，此时被吸附的量达到了最大值，即饱和。当吸附达到饱和时，使吸附质从吸附剂表面脱离，从而恢复吸附剂的使用能力的过程称为解吸（或再生），解吸需要吸热称为“脱附热”。空气分离常用的吸附剂有硅胶、铝胶、分子筛 35 35精品课件 精品课件本装置技术特点 分子筛吸附系统采用长周期，双层床净化技术，切换系统采用无冲击切换控制技术，其作用是吸附空气中的水份、二氧化碳、乙炔、丙稀、丙烷、重烃等杂质。分子筛吸附器采用双层床结构，底层活性氧化铝床层可有效地保护分子筛，延长分子筛使用寿命，同时采用双层床也使吸附器再生阻力下降，再生温度降低，节约了再生能耗。36 36精品课件 精品课件分子筛具有的吸附特点：分子筛吸附剂的吸附特点：、选择吸附，根据分子大小不同选择吸附。、干燥度很高，分子筛比其它吸附剂可获得露点更低的干燥气体。、有其吸附能力，分子筛在吸附水的同时，还能吸附乙炔、二氧化碳等其它气体，水分首先被吸附，吸附顺序是水乙炔二氧化碳。、分子筛具有高的稳定性，在温度高达700时，仍具有不熔性的热稳定性。、有简单的加热可使其再生。目前空分上使用的分子筛都是13x分子筛37 37精品课件 精品课件