IGCC中的空分系统课件

IGCC设备

--空分子系统清华大学BP中心2006.7.21上海IGCC设备

--空分子系统1IGCC与制氧技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用IGCC与制氧技术2IGCC与制氧能源危机高效清洁的IGCC我国的能源利用格局纯氧燃烧高热值合成气减小气化炉尺寸减小冷却和净化器尺寸制氧技术化学法水电解空气分离IGCC与制氧能源危机高效清洁的IGCC我国的能源利用格局纯3制氧技术化学法

化学法是将氧化物在一定条件下分解，放出氧气。例如：氯酸钾（KClO3）1kg能放出270L氧氧化钡（BaO）1kg能放出100L氧

原料贵且消耗量大，生产能力又小，无法大量生产。水电解法在电解槽中通直流电，电离水，氧积聚在阳极，氢积聚在阴极。每制取1m3的氧气，同时可获得2m3的氢气。

制取1m3氧气耗电量为12～15度，耗电量太大，无法大量生产。制氧技术化学法4深冷法(cryogenic)

占整个制氧市场的85%；能耗大，设备复杂，厂用电耗率较高PSA/VPSA

产量和纯度进一步提高时，能耗增大，且提取率降低膜分离法选择性低，所得氧气纯度低，产量很小

,产量大时膜贵高温离子交换膜法尚属研究阶段，需进一步研究空分制氧技术深冷法(cryogenic)空分制氧技术5各空分技术性能比较项目

类别深冷法PSA/VPSA膜分离离子膜分离分离原理氧氮沸点不同氧氮吸附能力膜的选择性分离

对氧的选择性扩散

装置特点流程复杂，设备较多

流程简单，设备少

工艺简单，体积小工艺简单，装置少工艺特点－160～－190℃常温操作常温操作600～1000℃操作特点启动时间长15～40h，连续运行启动时间短≤30min连续、间断均可启动时间短≤15min连续、间断均可启动时间短投资1000Nm3/h

综合投资比PSA高10%～20%，维修费用高30%，管理费用高50%以上550～650万

200～300万比深冷法可节约73-85%的投资，在IGCC中可以节约7%的投资

制氧能耗中小型制氧电耗0.5～1.0KWh/Nm3

0.32～0.35KWh/Nm3

能耗低为深冷法的55-70%

安全性能有爆炸隐患无爆炸隐患无爆炸隐患无爆炸隐患技术成熟度技术成熟，广泛应用

较成熟，局部应用较成熟，局部应用尚不成熟，无应用各空分技术性能比较项目类别深冷法PSA/VPSA6空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术7发展历程1902林德制造第一台制氧机，迄今已有100多年的历史。在此期间，分离空气的原理与设备不断改进：1902年，克劳特用膨胀机液化空气成功1932年，拉赫曼挖掘上塔精馏潜力1924年弗廉克尔提出用金属带填料的蓄冷器代替换热器1939年卡皮查将透平膨胀机用于低压空分装置40年代末，可逆式换热器用于空分装置70年代，大型化全部板翅式换热器80年代，大型全低压空分流程发展历程1902林德制造第一台制氧机，迄今8国外八大气体公司法国液化空气公司（法液空）

建于1902年，法液空是世界上资格最老的空分设备制造公司之一，是世界第一大气体公司，全球最大的气体供应商。2003年从南非SASOL手中得到的103660m3／h（3300吨氧气/天）空分设备订单，2004年2月SASOL煤油气公司举行全球最大氧气生产厂落成典礼。法液空曾为西班牙的ELOGAS（即Puertollano）IGCC示范电站提供ASU系统。美国空气制品与化学品公司(APCI)：

创建于1939年。APCI最大的空分设备为供荷兰鹿特丹壳牌石油公司的90520m3／h空分设备，1997年投运，加工空气量450000m3／h，可同时生产90520m3／h（约3000t/d）氧气、216450m3／h氮气、450吨／天然液态产品和2878m3／h氩。APCI曾为荷兰的Buggenum和美国的TampaIGCC示范电站提供空分设备。并且积极致力于膜分离技术的研究。德国林德冷冻机械制造公司

创建于1879年，是世界上最早的空气分离公司。林德公司现制造的最大制氮设备是安装在墨西哥坎塔雷尔的335000m3／h制氮设备，共4套，于2000年投运。国外八大气体公司法国液化空气公司（法液空）9美国普莱克斯实用气体有限公司英国氧气公司(BOC)最大设备产量2400吨氧气/天德国梅塞尔公司(MG)俄罗斯深冷机械公司日本氧气公司日本酸素2004年初建立上海日酸气体公司

据2003年报道，在欧洲气体市场，法液空占28％、林德占21％、空气制品占12％、梅塞尔占10％、BOC占8％、普莱克斯占7％,其他公司为14％。当前，世界空分设备领域形成了法液空、APCI、林德公司“三足鼎立”的局面；而BOC、普莱克斯、梅塞尔也在努力奋斗，被称为“后三足鼎立”。国外八大气体公司美国普莱克斯实用气体有限公司国外八大气体公司10国内发展历程

解放前，我国不能制造空分装置，仅在几个主要城市有进口的小型空分装置。全国空分总容量只有500～1000m3O2/h。1952年，第一套I-6800型空分装置1958年，成批制造具有铝带蓄冷器的3350m3O2/h的高低压空分装置1953年二套20m3O2/h空分装置，建立空分制造业1966年，自主设计带有石头蓄冷器的3350m3O2/h等低压空分装置70年代，带纯化器和透平膨胀的低压空分装置80年代，板翅式大型全低压空分流程国内发展历程解放前，我国不能制造空分装置，11国内发展现状

我国具备生产制氧空分设备的能力。但是无论是行业的规模、企业的经济实力、生产规模还是技术水平都与国际先进水平有较大的差距：林德集团近几年的年销售额约90亿欧元经济规模法液空的平均销售额在80亿欧元我国2002年全行业的销售收入约人民币21亿元(约2.3亿欧元)最大的杭氧的销售收入仅人民币10.28亿元(约1.1亿欧元)国外最大规模的制氧设备在3500吨/天生产规模杭氧投运的最大规模为52000m3/h（相当于1700吨/天）一座400MW的IGCC电站的耗氧量在2500-3000吨/天国内已经具备了生产2000吨/天以上级别的制氧空分设备的实力，不过缺乏实际的工程经验。在设备的效率方面，国内空分的能耗比国际先进设备高3-5%，但造价及后期服务费用远低于国际价格。国内发展现状我国具备生产制氧空分设备的能力。12国内空分生产商

目前，我国生产大中型空分设备的企业有杭州制氧机集团有限公司（杭氧）、开封空分集团有限公司（开空）、四川空分设备（集团）有限责任公司（川空）、哈尔滨制氧机厂（哈氧）、杭氧液空有限公司（杭氧液空）、江西制氧机厂等。2003年排在前3位的是：杭氧、川空、开空。2002年空分企业的相关经济和技术指标

指标名称生产企业总资产（万元）

主要设备拥有量（台）

工程技术人员(人)

开封空分集团有限公司61473.2693537四川空分设备（集团）有限责任公司58854.0591383江西制氧机厂22749.232386杭州制氧机集团有限公司135623.31555643哈尔滨制氧机厂18945.5484126国内空分生产商目前，我国生产大中型空分设备的企业13技术参数技术参数14空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术15空气组成

常温下的空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅黄色液体。液态空气的组成是20.95%氧，78.12%氮和0.93％氩。标准大气压（101.3KPa）下：空气的露点温度为81.7K，泡点温度为78.9K；液氮的蒸发温度为77.36K，液氮冷却到63.2K时转变成无色透明的结晶体；液氩的凝固点为87.29K；氧在90.188K时变为易于流动的淡蓝色液体；在54.4K时凝固成淡蓝色的固体结晶。此外，空气中还有机械杂质、水蒸汽、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物。空气组成常温下的空气是无色无味的气体，液态空气16液空重要性质汽相中氧的浓度为30～40％时，相平衡的汽液浓度差最大，即气相（或液相）含氧（氮）量越少越难分离；压力越低，液相线与汽相线的间距越大，说明低压分离空气较高压容易；汽液平衡时，液相中的氧浓度大于汽相中的氧浓度，汽相中的氮浓度大于液相中的氮浓度；压力一定时，溶液中低沸点组分的浓度越大，它的蒸发温度和冷凝温度愈低。液空重要性质汽相中氧的浓度为30～40％时，相平衡的汽液浓度17简单蒸发与简单冷凝

若将液空置于一密闭的容器内，使它在定压下加热蒸发，且不引出蒸气，使器内的气、液经常处于平衡状态，这种蒸发过程称为简单蒸发。空气的冷凝过程是沿蒸发过程相反方向进行的。若将空气置于一密闭容器中，使其在定压下冷却液化，气、液处于平衡状态且不引出冷凝液，这种过程简单冷凝。

用简单蒸发和冷凝不能得到较高摩尔分数的氧、氮产品，而且分离过程也不能连续进行。简单蒸发与简单冷凝若将液空置于18部分蒸发与部分冷凝

如果当液体蒸发时，把产生的蒸气连续不断地从容器中引出，这种蒸发过程称部分蒸发。部分蒸发可以在液相中获得氧摩尔分数较高的产品；但氧的摩尔分数越高，获得的液氧数量越小，数量与质量间存在着矛盾，而且不可能同时获得高纯度的气氮。

如果在空气定压冷凝过程中，将所产生的冷凝液连续不断地从容器中导出，这种冷凝过程称部分冷凝。部分冷凝仅能获得数量很少的高摩尔分数气氮，也存在着质和量的矛盾，而且不能获得高纯度的液氧。

部分蒸发与部分冷凝如果当液体蒸发时，把产生的蒸气19多次蒸发与多次冷凝多次的部分蒸发和部分冷凝过程的结合称为精馏过程。

多次进行下去，液相中氮会更多地蒸发到气相中，而气相中氧会更多地冷凝进入液相中，最后可获得足够数量的高纯度气氮和液氧。这就是利用精馏过程分离空气的实质。多次蒸发与多次冷凝多次的部分蒸发和部分冷凝过程的结合称20单级精馏塔单级精馏分离空气是不完善的，不能同时获得纯氧和纯氮，只有在少数情况下（如仅需纯氮或富氧）使用。单级精馏塔单级精馏分离空气是不完善的，不能同时获21双级精馏塔

下塔塔釜中的液空作回流液送入上塔中部，在上塔底部得到高纯度液氧。液氧进入冷凝蒸发器的蒸发侧，被下塔的气氮加热蒸发。蒸发出来的气氧一部分作为产品引出；另一部分自下而上穿过每块塔板进行精馏。双级精馏塔可在塔顶部和底部同时获得纯氮和纯氧；也可以在冷凝蒸发器的蒸发侧和冷凝侧分别取出液氧和液氮。经过压缩、净化并冷却后的空气进入下塔底部，至下塔顶部便得到一定纯度的气氮。气氮进入冷凝蒸发器的冷凝侧时，被液氧冷却变成液氮。一部分作为下塔回流液空；另一部分送入上塔顶部作上塔的回流液。双级精馏塔下塔塔釜中的液空作回流液送入上塔中部，在上塔底22流程图流程图23筛孔塔板结构鼓泡层紧接塔板的一层很薄的清亮液体泡沫层鼓泡层上蜂窝状结构，液体为薄膜状，气液两相接触面积大，主要传质区域雾沫层泡沫层上，气相中雾沫和飞翔的液滴

三个区域的大小随着气流速度的大小而定，气流速度越大，鼓泡区域的范围越小，泡沫区的范围扩大。筛孔塔板结构鼓泡层紧接塔板的一层很薄的清亮液体三24气流速度对精馏的影响气流速度过小小于临界速度时出现不均匀鼓泡，鼓泡只在塔板局部范围进行；很小时，由于气体顶托不了清亮液层的静压，而使液体从塔板上泄漏下来；

最小蒸气速度：上塔3～3.5m/s下塔1.5m/s实际取1.5～2.0倍气流速度过大使一部分含氧量较高的液体带入到上层含氧量较少而含氮量较高的液体，造成雾沫夹带；造成液体不能顺利下流，累积在塔板上，形成液泛。由于速度的限制以及气液交换以达到充分相平衡所必需的时间，造成了IGCC中空分系统的最大延迟特性。气流速度对精馏的影响气流速度过小25连续精馏过程连续精馏过程26空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术27纯度要求用于煤气化炉的氧气纯度为90%～95%；氮气纯度为99.9%；稀释煤气的氮气（污氮）纯度为96%～99%。压力要求用氧压力取决于煤气化工艺，一般在3～8MPa。产量要求氧气用量取决于煤的成分和气化工艺。通常为0.82～1.0kgO2/kg煤。IGCC对空分技术的要求纯度要求IGCC对空分技术的要求28低压空分系统

入口0.5～0.65MPa出口0.13～0.15MPa空分后的氧压机、氮压机耗功大升压空分系统

入口1.0～1.5MPa出口0.55～0.6MPa尽管氧压机、氮压机耗功减少，但由于空气升压时耗功增加，故总耗功变化不大。IGCC中的空分形式

－按压力划分低压空分系统IGCC中的空分形式

29整体空分系数Xas=Gas2/Gas(Gas2是由空分系统从燃气轮机压气机所抽取的空气量，Gas是空分系统的空气加工总量)独立的空分系统Xas＝0独立、可靠、运行灵活、操作方便，但厂用电率大完全整体空分系统Xas＝1高效（热耗降2%）、成本低（整厂投资降低2-3%）但操作不便、控制困难部分整体空分系统

0<Xas<1兼顾两方面优点，推荐25～50%之间IGCC中的空分形式

－按集成度划分整体空分系数Xas=Gas2/Gas(Gas230空分集成度

空分集成度决定了空分系统从燃气轮机压气机抽气的份额，从而影响燃气轮机各部件之间匹配，出力与效率。独立空分系统，氮气完全不回注部分整体化空分系统，氮气全部回注Kasu＝0.53时最佳空分集成度空分集成度决定了空分系统从燃气轮机压气31

氮气回注系数Xgn=Gn2/Gn(Gn2为空分系统回注到燃气轮机的氮气流量，Gn为空分系统生产的氮气总量)氮气完全回注系统Xgn＝1氮气不回注系统Xgn＝0氮气部分回注系统0<Xgn<1

氮气回注系数直接影响燃气轮机燃烧室的流量,因而会影响透平的流量，最终影响燃气轮机的出力、效率和变工况性能。以上各种空分形式的配合，对IGCC电站的厂用电耗率、燃气轮机的作功能力、燃气轮机的NOX控制系统，以及整个电站调节控制的灵活性都有重要影响。IGCC中的空分形式

－按氮回注与否划分氮气回注系数Xgn=Gn2/Gn(Gn232空分系统在IGCC中的应用特点

电站荷兰Buggenum美国WabashRiver美国Tampa西班牙Puertollano净功率253MW250MW250MW300MW氧产量1700t/d1840t/d2100t/d氧纯度95%95％95％85％氮产量4000t/d6300t/d氮纯度99.9％98％98％压力高压1.1MPa低压高压1.29MPa高压集成度完全整体化独立空分独立空分部分整体化氮气回注增压回注不回注增压回注增压回注CoolWater,WabashRiver,Tampa电站中空分耗电分别占厂用电的70.1%，75.5%，82.1%.空分系统在IGCC中的应用特点电站荷兰Buggen33空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术34过渡新技术PSA/VPSA＋深冷法

由PSA先制取富氧，然后将富氧代替压缩空气送入下塔进行精馏，由于提高了入塔空气的氧纯度，使得气液交换达到平衡时间缩短,塔板数减少,精馏时间缩短，且能耗有较大幅度降低，是一种不错的技术组合方式。过渡新技术PSA/VPSA＋深冷法35陶瓷膜分离技术高温下(约600-1000℃),空气中的氧气被吸附到膜表面，由膜中的电子输运使之分离和离子化。氧负离子通过膜亏损，在膜的另一侧氧离子释放电子后发生解析，原子重组。通常空气侧压力为1-2MPa，而产物侧压力略低于大气压。使用该系统的制氧气厂可比深冷制氧厂节约73-85%的投资，而能耗仅为后者的55-70%。据评估，在IGCC中采用该项技术可以节约7%的投资，并且可以使整厂效率提高1个百分点。新技术陶瓷膜分离技术新技术36谢谢谢谢37IGCC设备

--空分子系统清华大学BP中心2006.7.21上海IGCC设备

--空分子系统38IGCC与制氧技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用IGCC与制氧技术39IGCC与制氧能源危机高效清洁的IGCC我国的能源利用格局纯氧燃烧高热值合成气减小气化炉尺寸减小冷却和净化器尺寸制氧技术化学法水电解空气分离IGCC与制氧能源危机高效清洁的IGCC我国的能源利用格局纯40制氧技术化学法

化学法是将氧化物在一定条件下分解，放出氧气。例如：氯酸钾（KClO3）1kg能放出270L氧氧化钡（BaO）1kg能放出100L氧

原料贵且消耗量大，生产能力又小，无法大量生产。水电解法在电解槽中通直流电，电离水，氧积聚在阳极，氢积聚在阴极。每制取1m3的氧气，同时可获得2m3的氢气。

制取1m3氧气耗电量为12～15度，耗电量太大，无法大量生产。制氧技术化学法41深冷法(cryogenic)

占整个制氧市场的85%；能耗大，设备复杂，厂用电耗率较高PSA/VPSA

产量和纯度进一步提高时，能耗增大，且提取率降低膜分离法选择性低，所得氧气纯度低，产量很小

,产量大时膜贵高温离子交换膜法尚属研究阶段，需进一步研究空分制氧技术深冷法(cryogenic)空分制氧技术42各空分技术性能比较项目

类别深冷法PSA/VPSA膜分离离子膜分离分离原理氧氮沸点不同氧氮吸附能力膜的选择性分离

对氧的选择性扩散

装置特点流程复杂，设备较多

流程简单，设备少

工艺简单，体积小工艺简单，装置少工艺特点－160～－190℃常温操作常温操作600～1000℃操作特点启动时间长15～40h，连续运行启动时间短≤30min连续、间断均可启动时间短≤15min连续、间断均可启动时间短投资1000Nm3/h

综合投资比PSA高10%～20%，维修费用高30%，管理费用高50%以上550～650万

200～300万比深冷法可节约73-85%的投资，在IGCC中可以节约7%的投资

制氧能耗中小型制氧电耗0.5～1.0KWh/Nm3

0.32～0.35KWh/Nm3

能耗低为深冷法的55-70%

安全性能有爆炸隐患无爆炸隐患无爆炸隐患无爆炸隐患技术成熟度技术成熟，广泛应用

较成熟，局部应用较成熟，局部应用尚不成熟，无应用各空分技术性能比较项目类别深冷法PSA/VPSA43空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术44发展历程1902林德制造第一台制氧机，迄今已有100多年的历史。在此期间，分离空气的原理与设备不断改进：1902年，克劳特用膨胀机液化空气成功1932年，拉赫曼挖掘上塔精馏潜力1924年弗廉克尔提出用金属带填料的蓄冷器代替换热器1939年卡皮查将透平膨胀机用于低压空分装置40年代末，可逆式换热器用于空分装置70年代，大型化全部板翅式换热器80年代，大型全低压空分流程发展历程1902林德制造第一台制氧机，迄今45国外八大气体公司法国液化空气公司（法液空）

建于1902年，法液空是世界上资格最老的空分设备制造公司之一，是世界第一大气体公司，全球最大的气体供应商。2003年从南非SASOL手中得到的103660m3／h（3300吨氧气/天）空分设备订单，2004年2月SASOL煤油气公司举行全球最大氧气生产厂落成典礼。法液空曾为西班牙的ELOGAS（即Puertollano）IGCC示范电站提供ASU系统。美国空气制品与化学品公司(APCI)：

创建于1939年。APCI最大的空分设备为供荷兰鹿特丹壳牌石油公司的90520m3／h空分设备，1997年投运，加工空气量450000m3／h，可同时生产90520m3／h（约3000t/d）氧气、216450m3／h氮气、450吨／天然液态产品和2878m3／h氩。APCI曾为荷兰的Buggenum和美国的TampaIGCC示范电站提供空分设备。并且积极致力于膜分离技术的研究。德国林德冷冻机械制造公司

创建于1879年，是世界上最早的空气分离公司。林德公司现制造的最大制氮设备是安装在墨西哥坎塔雷尔的335000m3／h制氮设备，共4套，于2000年投运。国外八大气体公司法国液化空气公司（法液空）46美国普莱克斯实用气体有限公司英国氧气公司(BOC)最大设备产量2400吨氧气/天德国梅塞尔公司(MG)俄罗斯深冷机械公司日本氧气公司日本酸素2004年初建立上海日酸气体公司

据2003年报道，在欧洲气体市场，法液空占28％、林德占21％、空气制品占12％、梅塞尔占10％、BOC占8％、普莱克斯占7％,其他公司为14％。当前，世界空分设备领域形成了法液空、APCI、林德公司“三足鼎立”的局面；而BOC、普莱克斯、梅塞尔也在努力奋斗，被称为“后三足鼎立”。国外八大气体公司美国普莱克斯实用气体有限公司国外八大气体公司47国内发展历程

解放前，我国不能制造空分装置，仅在几个主要城市有进口的小型空分装置。全国空分总容量只有500～1000m3O2/h。1952年，第一套I-6800型空分装置1958年，成批制造具有铝带蓄冷器的3350m3O2/h的高低压空分装置1953年二套20m3O2/h空分装置，建立空分制造业1966年，自主设计带有石头蓄冷器的3350m3O2/h等低压空分装置70年代，带纯化器和透平膨胀的低压空分装置80年代，板翅式大型全低压空分流程国内发展历程解放前，我国不能制造空分装置，48国内发展现状

我国具备生产制氧空分设备的能力。但是无论是行业的规模、企业的经济实力、生产规模还是技术水平都与国际先进水平有较大的差距：林德集团近几年的年销售额约90亿欧元经济规模法液空的平均销售额在80亿欧元我国2002年全行业的销售收入约人民币21亿元(约2.3亿欧元)最大的杭氧的销售收入仅人民币10.28亿元(约1.1亿欧元)国外最大规模的制氧设备在3500吨/天生产规模杭氧投运的最大规模为52000m3/h（相当于1700吨/天）一座400MW的IGCC电站的耗氧量在2500-3000吨/天国内已经具备了生产2000吨/天以上级别的制氧空分设备的实力，不过缺乏实际的工程经验。在设备的效率方面，国内空分的能耗比国际先进设备高3-5%，但造价及后期服务费用远低于国际价格。国内发展现状我国具备生产制氧空分设备的能力。49国内空分生产商

目前，我国生产大中型空分设备的企业有杭州制氧机集团有限公司（杭氧）、开封空分集团有限公司（开空）、四川空分设备（集团）有限责任公司（川空）、哈尔滨制氧机厂（哈氧）、杭氧液空有限公司（杭氧液空）、江西制氧机厂等。2003年排在前3位的是：杭氧、川空、开空。2002年空分企业的相关经济和技术指标

指标名称生产企业总资产（万元）

主要设备拥有量（台）

工程技术人员(人)

开封空分集团有限公司61473.2693537四川空分设备（集团）有限责任公司58854.0591383江西制氧机厂22749.232386杭州制氧机集团有限公司135623.31555643哈尔滨制氧机厂18945.5484126国内空分生产商目前，我国生产大中型空分设备的企业50技术参数技术参数51空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术52空气组成

常温下的空气是无色无味的气体，液态空气则是一种易流动的浅黄色液体。液态空气的组成是20.95%氧，78.12%氮和0.93％氩。标准大气压（101.3KPa）下：空气的露点温度为81.7K，泡点温度为78.9K；液氮的蒸发温度为77.36K，液氮冷却到63.2K时转变成无色透明的结晶体；液氩的凝固点为87.29K；氧在90.188K时变为易于流动的淡蓝色液体；在54.4K时凝固成淡蓝色的固体结晶。此外，空气中还有机械杂质、水蒸汽、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物。空气组成常温下的空气是无色无味的气体，液态空气53液空重要性质汽相中氧的浓度为30～40％时，相平衡的汽液浓度差最大，即气相（或液相）含氧（氮）量越少越难分离；压力越低，液相线与汽相线的间距越大，说明低压分离空气较高压容易；汽液平衡时，液相中的氧浓度大于汽相中的氧浓度，汽相中的氮浓度大于液相中的氮浓度；压力一定时，溶液中低沸点组分的浓度越大，它的蒸发温度和冷凝温度愈低。液空重要性质汽相中氧的浓度为30～40％时，相平衡的汽液浓度54简单蒸发与简单冷凝

若将液空置于一密闭的容器内，使它在定压下加热蒸发，且不引出蒸气，使器内的气、液经常处于平衡状态，这种蒸发过程称为简单蒸发。空气的冷凝过程是沿蒸发过程相反方向进行的。若将空气置于一密闭容器中，使其在定压下冷却液化，气、液处于平衡状态且不引出冷凝液，这种过程简单冷凝。

用简单蒸发和冷凝不能得到较高摩尔分数的氧、氮产品，而且分离过程也不能连续进行。简单蒸发与简单冷凝若将液空置于55部分蒸发与部分冷凝

如果当液体蒸发时，把产生的蒸气连续不断地从容器中引出，这种蒸发过程称部分蒸发。部分蒸发可以在液相中获得氧摩尔分数较高的产品；但氧的摩尔分数越高，获得的液氧数量越小，数量与质量间存在着矛盾，而且不可能同时获得高纯度的气氮。

如果在空气定压冷凝过程中，将所产生的冷凝液连续不断地从容器中导出，这种冷凝过程称部分冷凝。部分冷凝仅能获得数量很少的高摩尔分数气氮，也存在着质和量的矛盾，而且不能获得高纯度的液氧。

部分蒸发与部分冷凝如果当液体蒸发时，把产生的蒸气56多次蒸发与多次冷凝多次的部分蒸发和部分冷凝过程的结合称为精馏过程。

多次进行下去，液相中氮会更多地蒸发到气相中，而气相中氧会更多地冷凝进入液相中，最后可获得足够数量的高纯度气氮和液氧。这就是利用精馏过程分离空气的实质。多次蒸发与多次冷凝多次的部分蒸发和部分冷凝过程的结合称57单级精馏塔单级精馏分离空气是不完善的，不能同时获得纯氧和纯氮，只有在少数情况下（如仅需纯氮或富氧）使用。单级精馏塔单级精馏分离空气是不完善的，不能同时获58双级精馏塔

下塔塔釜中的液空作回流液送入上塔中部，在上塔底部得到高纯度液氧。液氧进入冷凝蒸发器的蒸发侧，被下塔的气氮加热蒸发。蒸发出来的气氧一部分作为产品引出；另一部分自下而上穿过每块塔板进行精馏。双级精馏塔可在塔顶部和底部同时获得纯氮和纯氧；也可以在冷凝蒸发器的蒸发侧和冷凝侧分别取出液氧和液氮。经过压缩、净化并冷却后的空气进入下塔底部，至下塔顶部便得到一定纯度的气氮。气氮进入冷凝蒸发器的冷凝侧时，被液氧冷却变成液氮。一部分作为下塔回流液空；另一部分送入上塔顶部作上塔的回流液。双级精馏塔下塔塔釜中的液空作回流液送入上塔中部，在上塔底59流程图流程图60筛孔塔板结构鼓泡层紧接塔板的一层很薄的清亮液体泡沫层鼓泡层上蜂窝状结构，液体为薄膜状，气液两相接触面积大，主要传质区域雾沫层泡沫层上，气相中雾沫和飞翔的液滴

三个区域的大小随着气流速度的大小而定，气流速度越大，鼓泡区域的范围越小，泡沫区的范围扩大。筛孔塔板结构鼓泡层紧接塔板的一层很薄的清亮液体三61气流速度对精馏的影响气流速度过小小于临界速度时出现不均匀鼓泡，鼓泡只在塔板局部范围进行；很小时，由于气体顶托不了清亮液层的静压，而使液体从塔板上泄漏下来；

最小蒸气速度：上塔3～3.5m/s下塔1.5m/s实际取1.5～2.0倍气流速度过大使一部分含氧量较高的液体带入到上层含氧量较少而含氮量较高的液体，造成雾沫夹带；造成液体不能顺利下流，累积在塔板上，形成液泛。由于速度的限制以及气液交换以达到充分相平衡所必需的时间，造成了IGCC中空分系统的最大延迟特性。气流速度对精馏的影响气流速度过小62连续精馏过程连续精馏过程63空分技术深冷技术的发展及现状深冷原理空分系统在IGCC中的应用空分新技术的应用空分技术64纯度要求用于煤气化炉的氧气纯度为90%～95%；氮气纯度为99.9%；稀释煤气的氮气（污氮）纯度为96%～99%。压力要求用氧压力取决于煤气化工艺，一般在3～8MPa。产量要求氧气用量取决于煤的成分和气化工艺。通常为0.82～1.0kgO2/kg煤。IGCC对空分技术的要求纯度要求IGCC对空分技术的要求65低压空分系统

入口0.5～0.65MPa出口0.13～0.15MPa空分后的氧压机、氮压机耗功大升压空分系统

入口1.0～1.5MPa出口0.55～0.6MPa尽管氧压机、氮压机耗功减少，但由于空气升压时耗功增加，故总耗功变化不大。IGCC中的空分形式

－按压力划分低压空分系统IGCC中的空分形式

66整体空分系数Xas=Gas2/Ga