空分基本概念与流程组织

1、 陕西煤化能源有限公司培训教材空分基本概念与流程组织82目 录目 录1第一章 空分的基本概念与流程组织2第一节 空气分离设备的基本术语2第二节 空分生产基础知识与流程组织4第三节 我公司空分装置主要工艺参数及流程10第二章 空气的净化16第一节 概述16第二节 固体杂质的清除17第三节 空气的纯化18第三章 空气预冷却系统23第一节 预冷流程及原理23第二节 空气冷却塔及水冷却塔的结构特点及其功能24第四章 精馏与换热29第一节 精馏塔29第二节 铝板翅式换热器34第五章 空分机器与操作42第一节 离心式压缩机42第二节 汽轮机结构原理与操作47第三节 汽轮机、压缩机组常见故障分析53第四节

2、透平膨胀机60第六章 空分设备操作及维护64第七章 低温液体贮槽69第一节 低温液体贮槽的结构及功能69第二节 低温液体贮槽的操作70第八章阀门的基础知识73第一节 概 论73第二节 常用阀门简介74第三节 阀门的使用及维护75第九章 空分技术问答77第十章 空分装置安全规程85第一节 安全注意事项85第二节 安全措施86第三节 空分事故案例87第一章 空分的基本概念与流程组织第一节 空气分离设备的基本术语在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。一、空气分离设备基本术语1.空气 存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为1.29kg/ m3。主要

3、成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，氩约占0.932%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物，以及灰尘等。表1.空气组成及特性 1个大气压下的沸点1个大气压下的汽化点空气中的组分三相点临界点单位体积重量分子量温度压力温度压力气液单位Kcal/kgvolmm/HgMpaAKg/Nm30 0.1MpaKg/l0.1MPa1氧O2-183.050.920.948%-218.812.0-118.84.971.4291.14032氮N2-195.847.678.086%-210.094.6-1

4、47.13.351.2500.80828氩Ar-185.738.90.932%-189.4512.2-122.50.481.7341.40240氪Ke-153.225.81.1ppm-158.2550.0-63.85.423.7432.15583.7氙Xe-108.123.00.09ppm-111.8612.016.65.825.8963.063131.3氦He-268.95.75ppm/-2680.230.1780.1254氖Ne-246.120.818ppm-248.6325.0-228.82.690.9001.20420.2CO2/400ppm-56.60.5131.37.291.977

5、1.17844空气-191.549.1/-140.73.721.2930.99528.92氧气 分子式O2，分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。在标准状态下的密度为1.429kg/m3，熔点为54.75K,在101.325kPa压力下的沸点为90.17K。化学性质极活泼，是强氧化剂。不能燃烧，能助燃。3.氮气 分子式N2，分子量28.0134（按1979年国际原子量），无色、无臭、的惰性气体。在标准状态下的密度为1.251kg/m3,熔点为63.29K,在101.325kPa压力下的沸点为77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。4.纯氮 用空气分

6、离设备制取的氮气，其氮含量大于或等于99.995%（体积比）。5.液氧（液态氧） 液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为90.17K，密度为1140kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态或用气态氧液化制取。6.液氮（液态氮） 液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为77.35K，密度为810kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态氮或用气态氮液化制取。7.液空（液态空气） 液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为78.8K，密度为873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产

7、物。8.富氧液空 指氧含量超过的20.95%（体积比）的液态空气。9.馏分液氮（污液氮） 在下塔合适位置抽出的、氮含量一般为95%96%（体积比）的液体。10.污氮 在上塔上部抽出的、氮含量一般为95%96%（体积比）的气体。11.标准状态 指温度为0、压力为101.325kPa时的气体状态。12.空气分离 从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。13.节流效应（焦耳汤姆逊效应） 气体膨胀不作功产生的温度变化。14.等熵膨胀效应 气体在等熵膨胀时，由于压力变化产生的温度变化。15.液汽比（回流比） 在精馏塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。16.液泛 在精馏塔中上升蒸汽

8、速度过高，阻止了液体正常往下溢流的工况。17.漏液 在筛孔板精馏塔中因上升蒸汽速度过低，使液体从筛孔泄漏的工况。18.提取率 产品气体组分的总含量与加工空气中该组分的总含量之比。19.单位能耗指空气分离设备生产单位产品气体所消耗的电能。第二节 空分生产基础知识与流程组织1.空分的基本知识1.1.什么是空分空分就是空气分离的简称。1.2空分的原料：空气空气的成分：主要成分是O2、N2和Ar；体积比：O2：N2：Ar=20.95% ：78.09% ：0.932%；此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体；根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。1.3 空气分离的方法

9、吸附法、膜分离法、低温精馏法。1.3.1吸附法让空气通过分子筛吸附塔，利用吸附塔中特殊的分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。吸附法的特点：流程简单，常温运行，设备便易，投资少；全自动控制，制氧快速，能耗低，生产1m3氧气的能耗只有0.4KWH；产品单一，不能同时生产氧和氮；纯度低，氧纯度只有90%93%；分子筛体积大，不适合大型化生产，一般用在小于4000m3/h氧气的场合；分子筛切换时间太短（两分钟），系统容易出故障，不适合连续运转。1.3.2膜分离法利用有机聚合膜的选择渗透性，从气体混合物中将氧、氮分离，获得富氧气体。膜分离法的特点：产品纯度低，氧纯度只有4050%；

10、可以生产高纯度的氮气；装置简单，操作方便；运动元件及易损件少，运行较平衡；分离膜易堵塞；分离膜制造困难，价格高；不适合大型化生产。1.3.3低温精馏法我们公司采用的是低温精馏法，因为前二者不能同时产出大量的高质量的气体。只有低温精馏法能够满足大批量高纯度的生产需要。低温精馏法是利用多组分构成的液体介质，各组分沸点的不同，进行多次部分冷凝和多次部分蒸发，从而逐步达到分离的目的。低温精馏法的特点：产量大：目前国内最大的制氧机的制氧能力为90000m3/h，国外最大的制氧机在巴西，制氧能力为120000m3/h。 氧气和氮气纯度高：氧气的纯度可达99.6%以上，氮气纯度可达99.999%；电耗低；适

11、宜大规模生产；可以同时生产氩气等稀有气体。2.低温空气分离的原理2.1.O2、N2、Ar的沸点沸点：在一定压力下，液体温度达到沸腾时的温度。压力越高，沸点越高；压力越低，沸点越低。1）O2沸点： -183（90K）2）N2沸点： -196 (77K)3）Ar沸点： -186（87K）4）液空的沸点： -191（82K）5）液空的冷凝点： -194（79K） 结论：氧气沸点比氮气高，所以当加热液态空气时，液态空气中的液氮先蒸发！ 结论：加热液体空气时，液态空气中的含氧量增加！随着温度的升高，液空中的氮气蒸发的多，液相中的氧含量逐渐上升，气相中的氮含量逐渐下降。到 -191，此时的液相氧浓度为53

12、%，气相氮浓度为：78%；但到此温度时，液空即将蒸发完！这也是为什么不能用简单的蒸发而取得纯氧的原因！空分的纯氧是采用多级精馏取得的。2.2.空气分离原理 2.3空分的流程从以上的空气分离原理得知：空气分离的一个必要条件是要有液空！大家知道：气体在高压、低温下易液化！精馏需要：高压！低温！提高压力的设备 压缩机及增压机产生低温（冷量）的设备-膨胀机空分的基本流程（方框图）压缩预冷净化膨胀制冷O氧气2N2Ar提高气体压力降低空气温度，除去水分、二氧化碳等碳氢化合物制冷，为产生液空做准备精 馏+压缩机单元过滤器空压机汽轮机增压机过滤大气中的固体杂质初步提高原料空气压力为空压机增压机提供驱动力进一步

13、提高原料空气压力+预冷净化单元水冷塔空冷塔分子筛纯化器+用空分产出的污氮气制取冷冻水 用冷冻水冷却空压机出口气体温度温度降低后的原料空气进分子筛，以除去其 中的H2O、CO2乙炔、其他碳氢化合物膨胀制冷单元膨胀机输出功W能量（温度）一定的空气Q1空气能量（温度）降低为Q2=W T2T1 主要设备 -膨胀机 空分中冷量的主要来源 膨胀机的制冷原理： 膨胀机的制冷原理：精馏单元+上塔下塔换热器+泵及阀门+精馏产生液氧、氧气精馏产生富氧液空、液氮、氮气第三节 我公司空分装置主要工艺参数及流程一、我公司空分装置主要产品规格GOX90000Nm3/ h 空分装置（单套、考核工况）产品名称产量(Nm3/h

14、)纯度(vol)使用方式压力MPa (G)温度（）备注氧气I88,00099.6%O2连续8.5常温液氧泵内压缩氧气II60099.6%O20.5环境从8.5Mpa减压液氧80099.6%O2入贮槽氮气15,00010ppmO2连续0.4环境常温压力塔抽压力氮气氮气II2,70010ppmO2连续6.0环境温后备系统直接抽取液氮100010ppmO2连续入贮槽常温仪表空气8,000无尘无油，露点40间断0.7常温常温增压机一级直接抽取工厂空气5000同上连续0.45常温常温从分子筛后抽出注：1.所有产量单位Nm3/h，是在0和0.1013MPa(A) 条件下测得体积流量；2.以上测量为在冷箱出

15、开口处测量；3.成套装置的变负荷能力范围75105。二装置工况消耗备注：设计工况为合同定义的保证工况，为统计氮气I的产量增加引起的能耗增加；仪表气吹除气和密封气均由装置自供，其中吹处气和密封气为同一股气；高压蒸汽耗量包含汽轮机高压密封气耗量，中压蒸气做汽轮机密封气使用；峰值，间断运行，周期平均2461kg/h；仪表空气用于膨胀机的机壳防结冰。三GOX90000Nm3/h空分装置主要技术数据1.空压机排气量 约 456900 Nm3/h 负荷范围 75-105 相对湿度 70 % 进口压力 约0.088 MPa（A） 出口压力 约 0.624 MPa（A）冷却水进口温度 32 冷却水回水温度 4

16、2 2.增压空气压缩机 增压机一段吸入量 约(248562 Nm3/h) 吸入压力 约0.605 MPa(A) 排气压力 3.0MPa(A)注：其中所需0.7MPaG的仪表空气8000 Nm3/h是从增压机一段1级后抽取。 二段吸入量 约 102760 Nm3/h 吸入压力 约3.0 MPa(A) 排气压力 7.3 MPa(A)3.蒸汽透平驱动系统一台蒸汽透平机进口，单缸，多级式，水平剖分式机箱，整体式锻制转子，双出轴，用于驱动原料空气压缩机和增压空气压缩机。辅机为手动盘车，空冷器凝汽系统等。 进汽压力 8.9-9.2MPa(G) 进汽温度 510-530 蒸汽消耗 208000kg/h4.

17、膨胀机技术参数 （1）.增压端 工 质： 空气 气 量：Nm3/h（，0.101325MPa） 137402 进口压力：MPa（A） 2.998 出口压力：MPa（A） 4.298 （2）.膨胀端 工 质： 空气 气 量：Nm3/h（，0.101325MPa） 137002 进口压力：MPa（A） 4.283 出口压力：MPa（A） 0.58 绝热效率： 86% 四 . GOX90000Nm3/h空分装置的工艺说明1.空分流程简述本公司GOX90000Nm3/h空分装置采用分子筛净化空气，空气增压循环，空气增压制动膨胀及膨胀空气进压力塔的液氧泵内压缩流程。低压塔采用规整填料塔。2.1.空气过滤

18、用自洁式空气过滤器（1104.46.BS1）去除粉尘及机械杂质。2.2 空气压缩空气由一台多级透平压缩机（1101）压缩至工艺所需压力。空压机负荷主要通过调节空压机入口导叶的角度实现，以满足空分变负荷操作时平稳的要求。2.3空气预冷压缩空气经过空气冷却塔（2401.16.BE1）与冷却水直接接触，得到冷却与洗涤。空气冷却塔分为两段，空气在下段经循环水预冷后进空冷塔上段被冷冻水进一步冷却后出空冷塔。冷却水可同时洗涤空气中可溶于水的化学杂质。上段冷冻水为蒸发冷却器（2401.17.BE1）用来自于冷箱低压塔的污氮气冷却冷却后的循环水。本流程不需配置冷冻机。通过循环水泵（2401.66A/B.BP1

19、）将循环水打入空气冷却塔（2401.16.BE1）中部。通过冷冻水泵（2401.67A/B.BP1）将冷冻水打入空气冷却他（2401.16.BE1）上部。2.4空气纯化经空气冷却塔冷却并洗涤后的空气进入空气纯化系统，空气中的水蒸气，CO2以及潜在危险的碳氢化合物。氧氮化合物等被两台交替使用的分子筛吸附器（2601.26A/BBA1）吸附掉. 吸附器由经蒸汽加热器（2602.17.BE1）及加热好的污氮气再生，污氮气来自分馏塔。从分子筛吸附器出来后抽取400Nm3/h仪表空气作为空分自用，同时抽取5000Nm3/h，0.45MPa（G）空气量作为工厂空气送出界区。空分装置加温解冻气源为空分装置出

20、分子筛吸附器的干燥净化空气。2.5内压缩循环和产冷一部分纯化空气直接进入冷箱，在低压主换热器（3002.17.BE1）中被冷却至接近露点温度，然后再送入压力塔（3001.11.BT1）底部。另一部分纯化空气进入空气增压机（1201）进一步压缩，以便为内压缩产品提供加热气流。空气增压机（1201）第1级出口抽取8000Nm3/h.0.7Mpa（G）增压空气作为仪表气送出界区。空气增压机（1201）第1段出来分成两股： 一股增压空气经膨胀机增压端（3402.22.BC1）再次增压后经增压端冷却器（3402.20.BE1）冷却后进入冷箱内高压主换热器（3002.16.BE1），冷却后从中部抽出送往透

21、平膨胀机（3401.17.BX1）。装置主要产冷由增压制动透平膨胀机（3401.71.BX1）完成膨胀后空气进入压力塔（3001.11.BT1）。另一股增压空气经空气增压机（1201）第2段继续压缩后进入冷箱内高压换热器（3002.16.BE1），冷却后通过高压节流进压力塔（3001.11.BT1）。 2.6空气分离和氧氮制取在压力塔（3001.11.BT1）空气经过预分离，在顶部得到纯氮气，底部得到富氧液空。压力塔（3001.11.BT1）底部富氧液空经过冷器过冷后从过冷器（3001.16.BE1）中部抽出送往低压塔中下部，接近压力塔（3001.11.BT1）底部抽出的液空，经过冷器（300

22、1.16.BE1）过冷后从过冷器中部抽出送往低压塔（3001.12.BT1）中部，作为低压塔中部的回流液压力塔（3001.11.BT1）中部抽出的污液氮通过离心式液氮泵（3023.66A/B.BP1）加压，经过过冷器（3001.16.BE1）过冷后送往低压塔顶部作为回流液。压力塔顶部气氮进入多层浴式冷凝蒸发器（3001.26.BD1）中被冷凝。冷凝器出来的液氮一部分作为压力塔提供所需的回流液。另外抽取1000Nm3/h液氮经过冷器过冷后作为液氮产品（LIN）送往贮槽。从压力塔（3001.11.BT1）顶部抽取15000Nm3/h的纯氮气经过高压主换热器复热后作为0.40MPa（G）的氮气I产品

23、送出界区。另外抽取400 Nm3/h的压力氮作为空分密封气。低压塔（3001.12.BT1）顶部的污氮气经过冷器（3001.16.BE1）后在低压主换热器（3002.17.BE1）和高压主换热器（3002.16.BE1）中被复热，出冷箱后分别被用作分子筛再生加热器（2602.17.BE1）的再生气和氮水蒸发冷却塔（2401.17.BE1）冷媒。在低压塔经最终分离精馏后在多层浴式冷凝蒸发器（3001.26.BD1）底部得到纯液氧。 冷凝蒸发器（3001.26.BD1）抽取液氧通过离心式液氧泵（3021.68A/B.BP1）加压，分两股经高压主换热器气化后复热，其中一股88000Nm3/h,8.5

24、MPa（G）作为氧气产品I送往界区另一股600 Nm3/h,0.5作为氧气II产品（PGOX）送往界区。另外800Nm3/h液氧经过冷器过冷后作为液氧产品送往液氧贮槽。本工艺流程中设有从液氮贮槽引一股液氮回流至冷箱压力塔顶部，用于开车时加快装置启动时间。2.7贮槽系统 2.7.1液氧贮存系统液氧贮存系统配置1台300m3液氧贮槽和一台液氧充车泵。液氧贮槽接收来自冷箱主冷凝蒸发器底部的液氧并贮存，液氧充车泵用于槽车灌充外运。2.72液氮贮存系统液氮贮存系统配置1台600m3液氮贮槽和1台液氮充车泵。液氮贮槽接收来自过冷器后液氮并贮存，液氮充车泵用于槽车灌充外运。液氮贮存系统另外配置一台3000N

25、m3/h,6.0MPa（G）的液氮泵和一台相应流量压力的水浴式汽化器，其中2700Nm3/h,6.0MPa（G）的氮气作为氮气II产品送往界区，另外300Nm3/h,6.0MPa的氮气经减压后空分装置自用。3 本装置空分流程特点以下为本装置的主要特点及林德所采用的设计：分子筛吸附器采用有多套安全运行实绩的新技术单层立式径向流类型，以吸附空气中的水蒸气，二氧化碳，乙炔，丙烯，丁烷，丁烯和N2O等物质。使空分装置在安全可靠地运行的前提下提高吸附效率并节省了占地面积。用空气增压机增压空气为内压缩产品提供热源。采用中压膨胀机制冷。规整填料塔，低压塔采用规整铝填料。采用多层浴式冷凝蒸发器节省了能耗（约1

26、.5），兼有水浴式主冷和降膜式主冷的优点，但其制造要求高，体积大。高压氧气产品采用液氧泵内压缩。同时用于氧气产品以液态方式抽取，从而使碳氢化合物与氧氮化合物在主冷凝蒸发器中富集的可能性降低到最低点。中压氮气产品从压力塔顶部抽取，节省能耗。配置液氮回灌管线，以缩短空分装置启动时间。第二章 空气的净化第一节 概述1、空分净化的发展 铝带蓄冷器冻结高低压流程 (第一代空分) ； 石头蓄冷器冻结全低压流程(第二代空分)； 切换式换热器冻结全低压流程(第三代空分)； 常温分子筛净化全低压流程(第四代空分)； 常温分子筛净化增压膨胀流程(第五代 空分)；常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程（第六代空分）

27、。 2、 原料空气净化原理 概述：净化与分离都是将气体混合物组分彼此分开。但在习惯上，净化与分离是有区别的：从气体中脱除含量比较少的气相杂质，这个操作过程称为净化；如果将混合气体中含量比较多的组分彼此分开，这个操作过程称为分离。低温装置中，原料气内一般都含有杂质，这些杂质必须尽可能地除去。 1）、净除杂质的目的 低温装置中，原料气内一般都含有杂质，这些杂质必须尽可能地除去。净除杂质的目的是：（a）防止杂质在局部地区冻结，致使设备、管路堵塞，装置不能正常运行；（b）除去危险的爆炸物；（c）提高原料气的纯度；（d）防止杂质腐蚀设备。因此，气体的净化设备是低温装置内不可缺少的一个组成部分。2）、气体

28、的净化主要采用下列几种方法： a、吸收法：吸收法是以溶液吸收为基础，使气体与吸收溶液互相接触，气体中的杂质被吸收剂所吸收。被吸收的物质是可以溶于液体中，或者与液体起化学反应。b、吸附法：利用气体在多孔性固体表面上积聚的特性，使杂质吸附在固体吸附剂表面进行脱除。 c、冷凝法：冷凝法是用来将气体转变成液体的一种方法，由于多组分混合气体中各组分的冷凝温度不同，在冷凝过程中高沸点组分先凝结出来，混合气体的组分也就发生了变化，得到高纯度的组分。用冷凝法可以脱除沸点高的杂质，冷却温度越低，这些杂质被清除的程度就越高，但消耗的费用也越大。 d、催化法：通过某种适当的化学反应，使杂质转化成无害的化合物，因而可

29、留在气相内；或者转化成比原来的杂质更易除去的化合物，以便达到脱除的目的。杂质的化学催化都是使用固体催化剂，由非均相催化反应实现的。 e、薄膜渗透法：利用某些薄膜的各种气体组分具有选择扩散的特点以除去杂质。 上述方法都可以用来清除气体杂质如果气体内含有固体尘粒，它能引起设备的磨损，堵塞和密封不良。此时需设置固体尘粒的净除装置-除尘装置。 3、除尘 1)、从气体与微粒混合物中分离粒子的操作称除尘。从空气中分离、捕集微粒的设备称除尘装置。 一般直径为100m以上的粒子由于重力作用很快地降落殆尽，不存在分离问题。另一面0.lm以下的粒子还不构成严重问题。目前作为除尘对象的粒子粒径在100m至0.lm之

30、间，其中100m以下，10m以上的粒子易于分离，困难的是10m至0.1m，特别是5m以下粒子。 2)、除尘装置性能包括流量、压力损失以及除尘效率，此外，也包括除尘装置的耐用年限以及保养难易等，对于一定的除尘装置。除尘效率随着需捕集的尘粒种类、粒度、浓度和操作条件的不同而变化。空气中含有灰尘及少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔和碳氢化合物等气体。他们在低温条件下从空气中析出，积聚在空分装置的一定区域内，堵塞设备、甚至引起爆炸，影响操作和安全。为了提高运行的安全乡、可靠性和经济性，设置专门的净化设备、清除空气中的机械杂质极少量的水蒸气、二氧化碳、乙炔等有害物质。第二节 固体杂质的清除空气中含有灰尘等机械

31、杂质，其含量在0.0050.01g/m3之间变动。如果空气压缩机直接吸入空气，机械杂质就会损坏空气压缩机叶片、气缸，也能造成设备、阀门、管线的阻塞，因此在空压机的入口管道上设置空气过滤器、清除机械杂质。 图1.脉冲反吹自洁式过滤器自洁式空气过滤器的结构及原理：1) 构成：自洁式过滤器由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统、净气室和出风口、框架等组成。 2)过滤过程：在压缩机吸气负压作用下，吸入周围的环境空气。当空气穿过高效过滤筒时，粉尘由于重力、静电和接触等阻留在滤筒外表面，净化空气进入净气室，然后经出风管出。3)自洁过程：当电脑发出指令，电磁阀启动并驱动隔膜阀，瞬间释放一股压

32、力为0.40.6Mpa的脉冲气流经专用喷头整流喷出，文氏管卷吸、密封、膨胀从滤筒内部均匀地外冲击，将积聚在滤筒外表面的粉尘吹落，自洁过程完成。清灰控制有3种方式：a、定时定位，可任意设定间隔时间和自洁时间；b、差压自洁，当压差超指标时，进入自动连续自洁；c、手动自洁，当电控箱不工作或粉尘较多时，可采用手动自洁。过滤筒，采用进口RK-300高效防水过滤纸，经特殊工艺生产而成。自带前置过滤网，防止柳絮、树叶及废纸吸入，延长滤筒使用寿命。采用电脑控制机电一体化，安装简单便捷，只需配管通电、通气即可工作。其工作过程是空气自上而下从过滤器里向外流滤布向外流动进入空压机入口，机械杂质附着在过滤器里表面，当

33、机械杂质附着在过滤布上的量较多时，其过滤器阻力增加，当阻力达到850Pa时，从纯化器后抽出一股0.52MPa(G)的空气进行反吹，清除附着在滤布口的机械杂质，阻力达到350Pa时自动关闭；定期将机械杂质从集灰斗内清出。第三节 空气的纯化一、空气纯化原理1、原理空气纯化是利用沸石分子筛的选择吸附特性，按照变温变压（TSA、PSA）吸附原理，吸附空气中水蒸气，二氧化碳，乙炔等有害成分。分子筛纯化系统由两只内装吸附剂（13X和Al2O3）的两只吸附器以及切换阀门管道系统构成。来自预冷系统的含湿饱和空气首先自下而上流经其中一只吸附器，在加压条件下空气中的水分、二氧化碳、乙炔等被分子筛吸附，由于分子筛的

34、用量一定，因此在一定时间内，分子筛的吸附容量将达到饱和，即吸附床层穿透，分子筛无继续吸附能力。此时，通过自动切换阀门的开关顺序，空气转而进入另一只吸附器继续吸附，原先吸附饱和的吸附器，首先向大气泄压至常压再引入被加热的污氮气以与吸附工况相反的气体流向对吸附器床层加热。原先被吸附分子筛吸附剂颗粒内部的吸附质由于温度升高而解吸出来，在热流气体的推动下被解吸出来的水蒸气、二氧化碳、乙炔等被赶出吸附床外。由于此时吸附剂床层的温度很高，不适合下个循环周期吸附，因此在完成加热时间后，须引入未经加热的空气或污氮气体对吸附床层进行吹冷，使吸附剂床层的温度降低到接近吸附时的温度。至此，吸附器的再生工况完成，准备

35、下次吸附。两只吸附器就是如此交替轮流吸附和再生工况，从而实现空气的连续净化。2、专业术语或概念2.1分子筛具有均一微孔结构，并且能选择性地吸附直径小于其微孔孔径的气体分子的固体吸附剂。主要组成成分为硅铝酸盐。分子筛广泛应用于气体分离和气体纯化。分子筛合成属高分子化工领域，其性能指标涉及硅铝比、吸附容量、抗压强度、孔隙容积、比表面积、堆积密度、颗粒尺寸等性能参数。沸石分子筛的硅铝比越高，分子筛抗酸碱的能力就越强，但一味提高硅铝比又会降低其吸附性能。X型分子筛的硅铝比为1到1.5，可吸附的气体包括：氧气，氮气，氪，氙，酸性气体，可溶性有机气体。13X的微孔直径10A（10-10米=1A）。2.2

36、分子筛种类分子筛按照其晶体结构分为：A型分子筛（3A，4A，5A）、八面沸石（X型，Y型）、丝光沸石、斜发沸石等。2.3 分子筛中毒所谓的分子筛中毒是指分子筛吸附某一组分物质后，不能可逆解吸。几乎永久丧失其吸附能力，我们把这种现象称为分子筛中毒。在使用分子筛时，应尽力避免被处理的工艺气体中含有易使分子筛中毒的吸附质，如：SO2，NOX，Cl2，HCl，HF等。 图2.立式径向流纯化器结构示意图外分布筒，内分布筒，中心集气管纯化器出口的常压露点：-70纯化器出口的二氧化碳含量：1ppm2.4纯化系统的主要设备 1）、吸附器 吸附器是该系统中的主要设备，内装吸附剂。 按绝热方式分为：内绝热和外绝热

37、 。按型式分类：立式吸附器、卧式吸附器和径向流吸附器。卧式吸附器在工作时，气流是由下向上或由上向下，其流通截面是一个平行于筒体轴线的近似矩形平面，该截面的大小受吸附器直径和长度的限制，气流分布的均匀一旦受到影响，整个吸附床层很容易出现局部穿透，在吸附周期内，水份和二氧化碳将出现超标。 2）、吸附剂和吸附： a、吸附：一种物质在另一种多孔性物质表面发生凝聚的现象 一切固体都有吸附能力，但并不都是吸附剂。吸附剂必须具备适当的表面结构、表面积、孔隙大小和分布，使其具有很强的吸附力。空分设备中为净化空气常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛。 b、吸附容量的大小受多种因素的影响，主要有：吸附过程的温度

38、和被吸附组分的分压(或浓度)。气体流速：流速越高，吸附效果越差，吸附剂的动吸附容量越小。流速不仅影响吸附能力，而且影响气体的干燥程度。气体湿度：分子筛对相对湿度较低的气体干燥能力较大。与活性氧化铝和硅胶相比，当相对湿度较低时，分子筛对水份仍然具有良好的吸附能力。 吸附剂再生完善程度：吸附剂解吸再生越彻底，吸附容量就越大，反之越小。而再生的完善程度与再生温度有关(应在吸附剂热稳定性温度允许的范围内)，也与再生气体中含有多少吸附质有关。二、纯化系统1、纯化系统流程该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器。分子筛吸附器为立式径向流吸附器，两只吸附器切换工作。由空气冷却塔来的空气，经吸附器除去其中的水份

39、、CO2及其它一些CnHm后，除一部分进入增压压缩机增压及用作仪表空气、装置空气之外，其余均全部进入分馏塔。当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生、冷吹备用。由分馏塔来的污氮气，经蒸汽加热器加热后，入吸附器加热再生，脱附掉其中的水份及CO2，再生结束由分馏塔来的污氮气吹冷，然后排入大气。吸附器吸附再生循环如图3所示。图3 分子筛吸附器吸附再生循环高温再生时，再生气经蒸汽加热器及电加热器加热后，入吸附器加热再生。经吸附器纯化后的空气水含量在70露点以下，CO21PPm。吸附器的再生一般分4步进行。第一步：降压(卸压)；第二步：加热(用加热的干燥气体吹扫吸附剂)；第三步：吹冷(用未经加热的干燥

40、气体吹扫吸附剂)；第四步：升压(均压)。 a、降压(卸压)：吸附器在工作周期即将结束时，须将容器内的带压空气排放出去。此步完成时间一般在612min。 b、加热：污氮气经加热器加热至160以上(考虑到2年以上的连续运行，加热器常采用一用一备)，干燥的热污氮气在吸附器入口处的温度在150以上，自上而下通过吸附器。 c、吹冷：吹冷用的污氮气不经过加热器而旁通进入吸附器。吹冷初期，污氮气出吸附器的温度会继续上升,待上升至100左右后就逐渐下降，吹冷污氮气出吸附器温度可下降至比工作温度高510。 d、升压(均压)：使正在工作的一只吸附器中的空气充入即将再生完毕的一只吸附器中，吸附剂再生是一个吸热过程。

41、空分纯化系统之所以能够连续切换循环工作正是基于此机理实现的。空分纯化器系统的吸附剂在吸附期间，床层温度由于吸附热通常将上升36甚至更高，床层温升与原料空气进吸附器的温度有关，进气温度越高，床层上升的温度也越高。然而解吸期间当压差连锁PdS0时，说明再生吸附器的压力与工作吸附器的压力已经均衡，升压便结束。为避免气流冲击吸附剂床层，使床层发生移动或摩擦，故升压要缓慢。此步完成时间一般在1224min。 吸附剂吸附过程是一个放热过程，吸附剂解析正好相反。再生加热初期，吸附器出口将出现温度急剧下降，可以降到0以下。空分设备启动时，没有可供再生用的污氮气，可用部分已被净化的空气再生。 2、分子筛纯化系统

42、几个常用的概念： a、吸附温度 吸附温度是指来自预冷系统的空气进到吸附器入口时的温度。通常在820的范围内。(如果是带冰机流程，该温度通常在59；如果是不带冰机流程，该温度通常在1220。b、吸附压力 吸附压力是指纯化器正常工作时或最低的工作压力(工艺压力)。单位：巴（bar）。吸附压力越低，则吸附剂吸附容量越低，进到吸附器内空气的含水量越多，需要的再生气量增加，再生能耗增大。 c、吸附（切换）周期 习惯上，吸附周期指单台纯化器从吸附开始到吸附结束时所经历的时间（单位：小时）。严格地讲，应该称为半周期。因为一个完整周期应包括：吸附、泄压、加热、吹冷、充压五个步骤。吸附（半）周期=加热+吹冷+充

43、压+泄压。 d、二氧化碳含量 纯化系统的二氧化碳含量包括：原料空气的二氧化碳含量和纯化后空气的二氧化碳含量。以PPM（V）即体积百万分比表示。吸附器进口空气的二氧化碳含量通常为350400ppm；吸附器净化后空气出口的二氧化碳含量（净化指标）小于1ppm。e、露点露点温度（简称露点）是指空气中水气含量不变，气压一定时，通过降低气温使空气达到饱和时的温度，称为露点温度，单位为。吸附器出口空气的含水量可达到相当于常压露点-70，即水蒸气含量2.58ppm（V），相当于-20时每立方米空气含0.001936g的水份。 f、再生温度 再生温度是指吸附器吸附完成，泄压之后，经蒸汽加热器后的空气或污氮气体

44、进到吸附器入口的温度。通常为：正常再生150200；高温再生(活化)250以上。 3、纯化系统常见故障及排除纯化系统故障表现是多方面的，由于单个或多种原因造成的最终结果不外乎归结到两个方面：3.1、二氧化碳含量超标3.2、水分含量高（常压露点高）事故分析之前，应弄清各个控制点的设计参数规定，具体的各个方面因素罗列如下： 项目序号故障现象原因分析解决措施1吸附压力偏低a.阀门泄露b.预冷系统气源压力低a.检查阀门b.检查预冷系统2再生气出蒸汽加热器温度不够a.蒸汽量不够b.换热管污垢阻力过大a.加大蒸汽量b.清洗换热管3再生气出现含水量蒸汽泄露检查蒸汽加热器换热管束4出电加热器温度偏低电热管损坏

45、更换电热管5纯化器出口露点偏高a.再生温度（气量）不够，再生不彻底b.疏水阀不自动排污a.提高再生温度（气量）b.检查疏水阀6二氧化碳含量超标再生温度(气量)不够吹冷时间不够吸附压力不够吸附温度偏高二氧化碳分析仪不准分子筛性能老化提高再生温度（气量）延长吹冷时间同第1条检查预冷系统检查或校对二氧化碳分析仪a.更换吸附剂; b.缩短吸附周期第三章 空气预冷却系统空气预冷系统是空气分离设备之配套系统，它是串接于空气压缩机系统和分子筛吸附系统之间，旨在降低进分子筛纯化器的空气温度，来减少空气的含水量，并通过水洗涤除去大部分水溶性有害物质，以保证分子筛纯化器的安全工作。第一节 预冷流程及原理图1是空气

46、预冷系统的流程简图。从空气压缩机来的热空气进入空冷塔下部，由下而上穿过空冷塔中的下段、上段填料，依次与冷却水和冷冻水进行微分式逆流接触而传热传质，达到冷却空气之目的。冷却水由外界供给，冷冻水由水冷塔塔底供应。来自冷箱的污氮进入水冷塔的底部，自下而上同冷却水在填料表面进行微分逆流接触，使污氮升温增湿后排入大气。 对于空冷塔，当进塔的热空气为不饱和状态，进塔水温低于进塔空气的露点时，经过塔内的气液逆流接触，空气为减湿降温过程，传热方向都是由空气传给水；而水的出塔温度将可能高于进塔空气露点时，塔底的传质是由水传给空气，而塔顶的传质是由空气传给水，故在全塔内传质方向是不同的。在改变传质方向的塔截面处，

47、水温将等于空气露点。对于水冷塔，当未饱和的冷污氮从塔底进入，与塔顶加入的热水逆流接触时，污氮在塔内被加热增湿，水在塔内被冷却。在塔顶，污氮被加热的极限是进塔水表面的饱和湿污氮状态。实际上，由于存在传递阻力，污氮出塔温度将低于进塔水温，故进塔水的温度与其表面上的饱和湿度必然大于出塔污氮的温度和湿度。于是塔顶的传热和传质都是从水传给污氮。在塔底，水被冷却的极限是污氮进塔状态下的湿球温度，而实际出塔水温要高于湿球温度。但因进塔污氮是未饱和的，湿球温度低于污氮温度，故出塔水温将有可能低于进塔污氮温度。在此情况下，塔底的传热由污氮传给水，而传质仍然是水传给污氮。从而可知在全塔内，传质方向都是由水传给污氮

48、，故污氮在塔内是增湿过程；而传热方向是不同的，在塔内某一截面处改变传热方向，此处的污氮温度等于水温，但在全塔内仍是冷却过程。在空气或污氮与水直接接触的增湿与减湿过程可以看出，在气、液两相之间同时发生热量和质量传递。该过程是由两个相和两种组分所组成的体系，在气相的组分是不凝的干气和可凝的蒸汽；在液相则是与可凝蒸汽相同的单一组成。虽然气体和液体中还可能混有其他组分，在气液接触过程中，也可能有某些杂质发生溶解或汽化，但它们的变化在计算中均不予考虑。第二节 空气冷却塔及水冷却塔的结构特点及其功能1.塔器的种类塔设备类型有板式塔、填料塔、湿壁塔、降膜塔、喷雾塔等。其中最常用的是板式塔和填料塔。2.填料塔

49、填料塔一般由筒体、填料、出口防带水装置、填料支架、气体和液体分布器、中间支架、再分布器、气体和液体进出接管以及人孔等部件组成。液体通过液体分布器均匀分布在填料顶层，在重力作用下沿填料表面向下流动，与在填料空隙中流动的气体相互接触，产生传热和传质。2.1填料塔结构原理填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒（如下图所示），底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两