空气精馏系统.ppt

1、空气精馏系统,空分区分厂：柴小兵 二一年五月二十日,团结、务实、追求卓越,空气分离基础知识 空气精馏系统概述 空气精馏系统设备 空气精馏系统操作 装置安全操作措施,课件大纲,空气分离基础知识,空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。分子是保持它原有性质的最小颗粒，直径的数量级在10-8cm，而分子的数目非常多，并且不停地在作无规则运动，因此，空气中的氧、氮等分子是均匀地相互搀混在一起的，要将它们分离开是较困难的。 空气中各组分含量,空气分离方法,低温法 吸附法 膜分离法,低温法,先将空气通过压缩、膨胀降温，直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在大气压力下，氧的沸点为90

2、K，氮的沸点为77K)，沸点低的氮相对于氧要容易气化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，液体中的氮较多地蒸发，气体中的氧较多地冷凝，使上升蒸气中的含氮量不断提高，下流液体中的含氧量不断增大，以此实现将空气分离。要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷叫深度冷冻；而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程。低温法实现空气分离是深冷与精馏的组合，是目前应用最为广泛的空气分离方法。,吸附法,它是让空气通过充填有某种多孔性物质-分子筛的吸附塔，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，因而可

3、得到纯度较高的氧气；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，因而可得到纯度较高的氮气。由于吸附剂的吸附容量有限，当吸附某种分子达到饱和时，就没有继续吸附的能力，需要将被吸附的物质驱赶掉，才能恢复吸附的能力。这一过程叫“再生”。因此，为了保证连续供气，需要有两个以上的吸附塔交替使用。再生的方法可采用加热提高温度的方法(TSA)，或降低压力的方法(PSA)。 这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为困难，产品氧纯度在93%左右。并且，它只适宜于容量不太大(小于4000m3/h)的分离装置。,膜分离法,它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜

4、(0.1m)或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的45倍，从而实现氧、氮的分离。这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但富氧浓度一般适宜在28%35%，规模也只宜中、小型，所以只适用于富氧燃烧和医疗保健等方面。目前在玻璃窑炉中已得到实际应用。,低温法空气分离原理,空气分离的基本原理是利用低温精馏法，将空气冷凝成液体，然后按各组分蒸发温度的不同将空气分离。 以氧氮混合物为例，若使处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮组成的液体时，气体要部分冷凝，转变为液体并放出冷凝潜热，沸点较高的氧较多的冷凝，这样蒸气中的氮浓度越来超高 ；液体则吸收热量而蒸发。沸点较低的氮较多的蒸发，液

5、体中的氧浓度也越来越高，每经过一次蒸发冷凝过程，气体中氮组分就增加，而液体中氧组分也增加。如果这种同时发生的蒸发冷凝过程进行多次，混合物中的氧和氮便可分离。,空气精馏系统概况,在下塔115K01中，空气被初步分离成氮气和富氧液态空气，顶部气氮在主冷凝蒸发器115W05中液化，同时主冷凝蒸发器115W05的低压侧液氧被气化。绝大部分液氮作为下塔回流液回流到下塔115K01，其余液氮经过冷器115W04A/B被纯气氮和污气氮过冷并节流后送入上塔115K02顶部。污液氮经过冷器115W04A/B过冷后,再经节流送入上塔115K02上部。从下塔底部抽出的富氧液空在过冷器115W04A/B中过冷后经节流

6、送入上塔115K02中部作回流液。 液氧在主冷凝蒸发器115W05底部导出经高压液氧泵115P01A/B加压，然后在高压换热器115W01A/B复热后以4.7MPa(G)的压力作为气体产品出冷箱。 污气氮从上塔115K02上部引出，经过冷器115W04A/B复热后，一部分经低压换热器115W02AH中复热后作为分子筛纯化器的再生气体，剩余部分经高压换热器115W01A/B复热后进水冷塔112K02。纯气氮从上塔115K02顶部引出，在过冷器115W04A/B及低压换热器115W02AH中复热后出冷箱，送往水冷却塔112K02中作为冷源冷却外界水。,压力氮气从下塔115K01顶部引出来，在低压主

7、换热器115W02AH中复热后出冷箱,部分经过氮气压缩机组压缩至4.1MPa(G)供后续工艺使用。 产品液氧、液氮分别经HV115007、HV115008阀送入各自的贮槽。 从上塔相应部位抽出氩馏份体约34500Nm3/h(标)，含氩量为810%(体积)。粗氩冷凝器115W06采用过冷后的液空作冷源，氩馏份直接从粗氩塔115K03的底部导入，上升气体在粗氩冷凝器115W06中液化，得到粗液氩和约1150m3/h的粗氩气，前者作为回流液入粗氩塔115K03，而后者经进入低压换热器115W02AH复热到常温送出冷箱；在粗氩冷凝器115W06蒸发后的液空蒸汽和底部少量液空同时返回上塔115K02。,

8、KDON48000/80000型空分装置简易流程,蒸汽,膨胀机,空压机,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气送出,再生,高压氧气送出,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,分子筛,再生,吸附,过冷器,高板,水冷塔,空气,节流阀,来自管网,回管网,空冷塔,低板,空气精馏系统主要设备,下塔 上塔,作用: 利用混合气体中各组分的沸点不同，将其分离成所要求纯度的组分。 结构: 塔体为圆筒形，下塔内装多层密布小孔的筛板，筛板上设置溢流斗和增位板；上塔内装规整填料及液体分布器。 使用方式: 下塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每块筛板，由于溢流斗的作用，使塔板上造成一定的液层高度。当气体

9、由下而上穿过筛板小孔时与液体接触，产生了鼓泡,这样就增加了汽液接触面积，使热质交换过程高效地进行。低沸点组份逐渐蒸发，高沸点的组份逐渐液化，至塔顶就获得低沸点的纯氮，在塔底获得高沸点的富氧液空。 上塔在精馏过程中，气体穿过分布器沿填料盘上升，液体自上往下通过分布器均匀地分布在填料盘上，在填料表面上气、液充分接触进行高效的热质交换。上升气体中低沸点组份(氮)含量不断提高，高沸点组份(氧)被大量的洗涤下来，形成回流液，最终在塔顶得到高纯度的低沸点纯氮，塔底得到高纯度的高沸点的液氧。,主冷凝蒸发器,作用: 供氮气冷凝和液氧蒸发用，以维持精馏塔精馏过程的进行。 结构: 为多层板翅式，相邻通道的物流通过

10、翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式: 冷凝蒸发器一般置于上、下塔之间，下塔上升的氮气在其间被冷凝，而上塔回流的液氧在其间被蒸发。这个过程得以进行，是因为氮气压力高，液氧压力低。例如氮气压力为0.511MPa时，液化温度为94.4K，而液氧在压力为0.1389MPa时，蒸发温度93.1K，两者温差1.3K。这样，氮气的冷凝和液氧的蒸发就可进行。各类冷凝蒸发器都是按此原理进行的，只是冷凝和蒸发的介质不同而已。,粗氩塔,主塔（上结构:粗效塔为圆筒形填料塔。塔内相邻两段填料之间设置分布器，以利于液体在塔内均匀分布。 使用方式: 其原理与上塔相同，顶部得到含少量氧粗气氩，并引入低压换热器回收冷量后去水

11、冷塔；底部得到富氧液体，回流到上塔。 粗氩冷凝器 ： 作用：用液空冷凝粗氩气。,液空液氮过冷器,作用：对低温液体进行过冷 结构：为多层板翅式。相邻通道间物流通过翅片和隔板进行良好的换热。 使用方式：液空、液氮和污液氮在流经过冷器时被氮气和污氮气进一步冷却，使之低于饱和温度，这样，液体在节流后可以减少气化，改善上塔的精馏工况。 汽液分离器,分馏塔的特点,装置采用规整填料上塔，液膜热质交换充分，精馏效率高，提高了氧的提取率。由于采用了规整填料，气体穿过填料液膜阻力小，使上塔的操作压力下降，从而降低了下塔的压力，空压机的排气压力也相应降低，降低了装置的能耗。操作弹性大，不产生液泛或液漏，负荷调节范围

12、大。液体滞留少，启动调节快。 装置的下塔采用专用于大型空分设备的溢流塔板技术。 流程设置增加粗氩增效塔，通过粗氩气的分离，提高空分装置氧提取率，降低能耗。 采用全浸式操作方式，不会产生干蒸发，使单元内部液氧中碳氢化合物不浓缩。当液氧操作液位低于主冷凝蒸发器板式单元高度的80%时，报警系统立即报警。 采用截距较大的翅片，使液氧流动更通畅不易堵塞通道，并降低微小颗粒所产生的静电，从结构上根本解决了主冷内部的安全防爆问题。在液氧侧设有接地保护装置。 在整个液氧大池中，保持液氧侧较高的循环倍率，并通过加大液氧排放量使液氧底部不会出现易燃化合物的凝结。 采用液氧内压缩流程，需要从主冷不断地抽取大量的液氧

13、，这样就可不用再另外排放液氧来防止碳氢化合物浓缩。,分馏塔系统是空分装置的核心系统，其作用是利用低温精馏法将原料空气分离为氧、氮产品。,空气精馏系统操作,加温吹除 塔区冷却 积液调整 增效塔投用,加温吹除目的,空分装置经过长期运转，在分馏塔的低温容器和管道可能产生冰、干冰或机械粉未的沉积，阻力逐步增大。因此，运转两年后，一般应对分馏塔进行加温解冻以去除这些沉积物。 如果在运转过程中发现热交换器的阻力和精馏塔的阻力增加，以至在产量和纯度上达不到规定指标，这就要提前对分馏塔进行加温解冻。,加温气源,全面加温用气都是从原料透平空气压缩机来的空气，该空气经空气预冷系统冷却并经过分子筛纯化器除去了水分和

14、二氧化碳的干燥空气。,加温吹除步骤,空气进下塔前吹除 下塔、主冷氮侧的加温吹除 液空液氮过冷器、上塔加温吹除 粗氩增效塔加温吹除,空气进下塔前吹除,膨胀机,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,过冷器,液氧,节流阀,下塔主冷氮侧的加温吹除,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,过冷器,液氧,节流阀,上塔液空液氮过冷器加温吹除,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,粗氩气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,过冷器,液氧,节流阀,粗氩增效塔加温吹除,下塔,上塔,增效塔,主冷,压力氮气去压缩机,粗氩

15、气,低压氮气去水冷塔,污氮气去分子筛,过冷器,液氧,节流阀,加温吹除合格标准,将所有的吹除阀、排放阀在排放口用露点仪检查，其露点-65为合格。,加温干燥时的注意事项,加温期间确保空冷系统、分子筛系统运行正常。当分子筛出口空气中二氧化碳含量大于1ppm时应查明原因立即处理。 控制中低压压力在正常范围内，严禁超压。 吹扫后期，可打开各分析管、仪表管（特别是液位计）出冷箱的第一个接头吹除，确保其畅通，且干燥合格后重新接好。 主换热器污氮通道宜放在最后吹扫，且应尽量避免其排放全体作为分子筛再生气（调节V113050）。 对开车前的加温，合格后一般应立即进行开车。 加温时，应尽量做到各部分温度缓慢而均匀

16、回升，以免由于温差过大造成应力，损坏设备或管道。 整个加温的操作过程、时间、分析结果等应有详细记录。,积液调整,当下塔液面有指示时，开V115310接取部分液空，观察有无二氧化碳固体、分子筛粉尘等杂质，若液体不干净，应开LV115351全部排尽后重新积累，直至纯净为止。 当主冷氧液面有指示时，开V115306接取部分液体观察，不干净时应开V115321排尽，重新积累直至干净为止。 当下塔液空达600mm时将LV115001投入自动控制。 当主冷氧液面达3700mm时，在确认其不下降的情况下，逐步开HV115011A/B，调节V2、V3。注意上塔压力不得超标，下塔压力维持正常，并注意观察精馏塔各阻力会逐渐上升，开始建立精馏过程。 控制氧取出量，氮取出量，不超过设计值的50%-80%。,用HV115002、HV115003、HV115011A/B配合调节下塔精馏工况，使下塔液空含氧量达36.15%左右，中部污液氮纯度达21%O左右，下塔顶部氮气纯度达10PPm。 在下塔顶部氮气纯度合格的情况下，尽量开大HV115003将纯液氮送往上塔顶部，有利于提高顶部氮气纯度。 当出上塔氧气纯度达99.8%时，逐步加大氧取出量，当出上塔顶部氮气纯度达.99% 10PPm时逐步加大氮气取出量。加量后必须保证纯度无明显下降，直至加到正常流量为止。,增效塔投用,投用前提 产品氧气氮气产品纯度合格