氮肥技術(shù)2009年第30卷第3期煤化工企業(yè)空分技術(shù)選擇與工程設(shè)計(jì)任樹強(qiáng)曲順利(山東省化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院250013)摘要簡要介紹了主要的空氣分離工藝技術(shù)(空氣低溫分離工藝,變壓吸附空氣分離膜分離技術(shù))的流程與原理,最新發(fā)展及其主要特點(diǎn)。介紹了煤化工企業(yè)空分技術(shù)的選擇及現(xiàn)代空分技術(shù)與工程設(shè)計(jì)的關(guān)系。關(guān)鍵詞煤化工空氣分離原理工程設(shè)計(jì)目前新興的煤化工企業(yè)的煤氣化裝置均采通過壓縮機(jī)將其壓縮至用戶所需壓力。在內(nèi)壓縮用純氧或富氧氣化工藝,如何獲得穩(wěn)定、可靠、廉流程中,用液體泵將來自精餾塔的液體產(chǎn)品提價(jià)的氧氣或富氧空氣就變得極為重要。壓,再送入換熱器汽化、復(fù)熱后出空分裝置。其中空氣分離的方法可分為低溫和非低溫兩種,用液體泵將產(chǎn)品提升至用戶所需壓力的流程為其中非低溫空氣分離方法包括吸附、膜分離、化全內(nèi)壓縮流程;在裝置內(nèi)將產(chǎn)品液體壓力提升至學(xué)分離法。中間壓力的流程為部分內(nèi)壓縮流程,此種流程可由于目前在大規(guī)模制取氧、氮液化產(chǎn)品,尤減少離心壓縮機(jī)的壓縮級(jí)數(shù)其是高純度產(chǎn)品方面低溫分離法具有無法取代深度冷凍法分為兩步,先行制冷,再加精餾的競爭優(yōu)勢,而且只有低溫分離法才具有可同時(shí)即可得到不同的氣體產(chǎn)品。生產(chǎn)氬等稀有氣體產(chǎn)品的能力,故低溫法在空氣1.1制冷分離的工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)非常重要的地位。為了使空氣液化,可采用不同的深度冷凍循變壓吸附法是20世紀(jì)50年代末才開發(fā)成環(huán)裝置,主要以林德循環(huán)和克勞德循環(huán)為基礎(chǔ)。功的由于其獨(dú)有的靈活方便投資少、能耗低的前者是通過節(jié)流膨脹制冷;后者除仍有節(jié)流膨脹優(yōu)點(diǎn),近年來變壓吸附空分富氧技術(shù)在中小規(guī)模外,還有一部分氣體在膨脹機(jī)中作等熵膨脹。氣富氧應(yīng)用領(lǐng)域得到越來越多地應(yīng)用。體進(jìn)行等熵膨脹時(shí),溫度的降低要比節(jié)流膨脹膜分離空分是20紀(jì)世80年代國外興起的大,而且能回收一部分壓縮功所以比節(jié)流膨脹高新技術(shù),屬高分子材料科學(xué),它是21世紀(jì)十大經(jīng)濟(jì)。其他各種改進(jìn)的深度冷凍循環(huán),有雙壓節(jié)新科技產(chǎn)業(yè)之一。該技術(shù)雖起步晩,但發(fā)展較快。流循環(huán)、帶氨預(yù)冷節(jié)流循環(huán)、逐級(jí)重疊循環(huán)等。先進(jìn)的空分設(shè)備技術(shù)必須與優(yōu)秀的工程設(shè)在深度冷凍法的各種循環(huán)中,典型的流程是計(jì)相結(jié)合,才能使空氣分離技術(shù)的應(yīng)用更好地為先使空氣在過濾器中濾去塵埃等雜質(zhì)后進(jìn)入壓工業(yè)服務(wù)?？s機(jī),再經(jīng)分子篩凈化器除去空氣中在低溫下易1空氣低溫分離工藝凝固氣體,如水蒸汽和二氧化碳等,已凈化的空空氣低溫分離工藝是利用多塔低溫精餾的氣在第一換熱器中由產(chǎn)品氮?dú)夂脱鯕饨禍?。出第方法從壓縮空氣中制取高純度的氧、氮、氬產(chǎn)品。一換熱器后,空氣分成兩路:一路經(jīng)第二換熱器壓縮空氣經(jīng)過分子篩吸附器,除去所含的雜質(zhì),繼續(xù)冷卻后,再經(jīng)節(jié)流閥降壓;另一路經(jīng)膨脹機(jī)包括水、CO2碳?xì)浠衔锏取Ｔ俳?jīng)換熱器被冷卻降壓。兩路膨脹后的空氣溫度均降至103K左右至低溫,在精餾塔中可分離為氧、氮、氫等產(chǎn)品。進(jìn)入雙級(jí)精餾塔的下塔底部。裝置所需冷量由壓縮空氣或壓縮氮?dú)馀蛎涀龉?2精餾獲取。根據(jù)氣態(tài)產(chǎn)品的加壓方式可將空氣低溫分在深度冷凍法中,主要的分離過程是在雙級(jí)離流程分為外壓編和內(nèi)壓縮兩種類型。在外壓縮精餾塔中進(jìn)行的。該塔由上、下兩塔和塔間的冷流程中,空分裝置生產(chǎn)的氣態(tài)產(chǎn)品的溫度接近于凝蒸發(fā)器組成。進(jìn)入下塔底部的空氣在該處的溫環(huán)境溫度,因其壓力僅比大氣壓力稍高,故需要度和壓力條件下,已部分液化。由于液氮沸點(diǎn)比第3期任樹強(qiáng)等:煤化工企業(yè)空分技術(shù)選擇與工程設(shè)計(jì)液氧沸點(diǎn)低,因而下塔底部的液化氣體是富氧液氧出氣。態(tài)空氣,含氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為30%~40%。下變壓吸附制氮原理:利用氧和氮在碳分子篩塔操作壓力應(yīng)高于上塔,才能使下塔頂部氮的冷上吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差異及凝溫度高于上塔底部液態(tài)氧的沸騰溫度。從而使分子篩對(duì)氧氮隨壓力不同具有不同的吸附容量冷凝蒸發(fā)器內(nèi)熱量由管內(nèi)傳向管間,并具有一定的特性,來實(shí)現(xiàn)氧氮分離。首先,空氣中的氧被碳的傳熱溫差。冷凝蒸發(fā)器同時(shí)起到了下塔塔頂冷分子篩優(yōu)先吸附,從而在氣相中富積氮?dú)饽蜕纤准訜岬淖饔谩？諝庠谙滤上露弦惶鬃儔何街蒲?制氮)系統(tǒng)主要包括三經(jīng)過多層塔板精餾,使易揮發(fā)組分氮的濃度逐漸部分:空氣壓縮系統(tǒng)、壓縮空氣預(yù)處理系統(tǒng)、吸附提高,并在冷凝蒸發(fā)器管內(nèi)冷凝成液氮。一部分分離系統(tǒng)。變壓吸附空氣分離的技術(shù)進(jìn)步主要集液氮在下塔作回流液;一部分收集于液氮槽,經(jīng)中在兩個(gè)方面:變壓吸附空分工藝過程的改進(jìn),減壓后作為上塔塔頂回流液。下塔底部的富氧液使過程更加節(jié)能高效;變壓吸附空分吸附劑性能態(tài)空氣,經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入上塔中部,與冷凝蒸發(fā)器的改進(jìn)。吸附劑是變壓吸附技術(shù)的基礎(chǔ),吸附劑蒸發(fā)出來的氣體逆流接觸。由此使下流液體中的的性能決定著吸附分離效果,從而決定著吸附設(shè)含氧量由上至下不斷增加,最后積聚在冷凝蒸發(fā)備投資和分離的經(jīng)濟(jì)性器管間,含氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)99%以上,并不斷變壓吸附空氣分離法具有顯著的特點(diǎn)。在此蒸發(fā)出產(chǎn)品氧而引出塔外。上塔塔頂引出的①開停車方便:原始開車幾十分鐘左右可按則是產(chǎn)品氮,氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)亦可達(dá)98%以上。出要求獲得合格產(chǎn)品。臨時(shí)停車后重新啟動(dòng)即可迅精餾塔的產(chǎn)品氧和產(chǎn)品氮的溫度都很低,可通過速恢復(fù)供給合格產(chǎn)品;換熱器使輸入空氣降溫②操作彈性大;由于氬的沸點(diǎn)介于氮、氧沸點(diǎn)之間,利用雙③自動(dòng)化程度高。整個(gè)吸附分離過程由PLC級(jí)精餾塔還不能同時(shí)得到純氮和純氧。若在上塔或DCS控制,可以實(shí)現(xiàn)無人操作中部適當(dāng)部位抽出富氬氣體作為提氫原料,則產(chǎn)④操作成本較低。主要操作成本為電耗,先品氮、氧的濃度可提高。沸點(diǎn)較低的氖和氦氣積進(jìn)的裝置電耗≤04kWhm(O2);聚在液氮上面,可抽出作為提氖、氦的原料。沸點(diǎn)⑤分子篩壽命長。在正常操作情況下一般可比較高的氪氙則積累在上塔底部液態(tài)氧和氣體使用8~10年,無環(huán)境污染;氧中,可抽出作為提氪氙的原料⑥投資省,一次性投資低。低溫法實(shí)現(xiàn)空氣分離是深冷與精餾的組合,采用富氧氣化的煤氣化裝置,可以選擇變壓是目前應(yīng)用最為廣泛的空氣分離方法。吸附法獲取富氧空氣或氧氣。采用純氧氣化的煤氣化裝置均選擇低溫法3膜分離空分實(shí)現(xiàn)空氣分離。膜法氣體分離技術(shù)是當(dāng)今世界竟相發(fā)展的2變壓吸附空氣分離高新技術(shù),屬高分子材料科學(xué),它是21世紀(jì)十大變壓吸附(PSA法是一門新的氣體分離與純新科技產(chǎn)業(yè)之一。由于膜分離沒有相變、不需要化技術(shù),是非低溫空氣分離中的“明星”。變壓吸再生,所以膜分離技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)、投資少、操附制氧(制氮)廣泛用于冶金、化工、化纖、化肥、作費(fèi)用低、壽命長、操作簡單、開停機(jī)方便、占地造紙、采油、污水處理、垃圾焚燒、煤礦防滅火、保面積小操作彈性大、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。膜法氣鮮貯藏、金屬熱處理等。與深冷法空分相比,一般體分離技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于從合成氨放空氣中認(rèn)為,在8000m}h規(guī)模等級(jí)以下,變壓吸附制氧回收氫氣、從天然氣中提濃氦氣、二氧化碳的回更具經(jīng)濟(jì)性。因此,在中小規(guī)模的空分領(lǐng)域變壓收、甲醇等用的合成氣的調(diào)比等。此外,氣體膜分吸附制氧(制氮)將占主導(dǎo)地位。離技術(shù)還可用于空氣分離,膜法空氣分離可以直變壓吸附制氧原理氮分子含有孤對(duì)電子而接生產(chǎn)氮?dú)?其氮的體積分?jǐn)?shù)可以達(dá)到99%;極性大于氧并且有較大的四極矩,因而N2與沸石膜法空分還可以直接生產(chǎn)富氧空氣,富氧空氣中骨架中陽離子的作用力強(qiáng)。空氣逐層通過沸石柱氧的體積分?jǐn)?shù)可以達(dá)到50%。后,氣相中的含氧量逐漸提高,這樣便可得到富膜法氣體分離的基本原理,是根據(jù)混合氣體氮肥技術(shù)2009年第30卷中各組分在壓力的推動(dòng)下透過膜的傳遞速率的用?？辗衷O(shè)備新技術(shù)的采用有可能使工廠設(shè)計(jì)中不同,從而達(dá)到分離目的。通常一切氣體均可以的主廠房為一層布置或露天布置,一改過去工程滲透通過高分子膜,其過程是氣體分子首先被吸設(shè)計(jì)中習(xí)慣主廠房二層布置,水管及電纜都采用附并溶解于膜的高壓側(cè)面,然后借助于濃度梯度明溝布置的方法。當(dāng)采用一層布置或露天布置在膜中擴(kuò)散最后從膜的低壓側(cè)解析出來,其結(jié)時(shí),要對(duì)地下、地上管線及電纜的敷設(shè)方式進(jìn)行果是小分子和極性較強(qiáng)的分子的通過速度較快,統(tǒng)一安排。另外還要對(duì)周圍配電室的布置、廠房而大分子和極性較弱的分子的通過速度較慢,膜和廠區(qū)周邊噪音的防治,以及主廠房內(nèi)設(shè)備的檢分離就是利用各種氣體在髙分子膜的滲透速率修等作通盤的考慮,才能取得較好的效果。如在不同,來進(jìn)行氣體分離的。由于膜分離技術(shù)是利氧氣站工程中,我們對(duì)地下管道采用了分層直埋用不同氣體的滲透速率的不同來進(jìn)行氣體分離布置及特殊的防腐處理。又如只在一層主廠房中的,其分離推動(dòng)力為氣體在膜兩側(cè)的分壓差,所設(shè)了5t吊車,而在屋頂上設(shè)置了部分活動(dòng)屋蓋,以膜法氣體分離沒有相變、不需要再生。膜材料作檢修電機(jī)之用。再者,大型壓縮機(jī)、大型液體貯是膜分離制氮技術(shù)的心臟部件,是決定氣體分離罐及大型空分冷箱對(duì)基礎(chǔ)提出了更高的要求在優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。工程設(shè)計(jì)中一定要精心設(shè)計(jì)。首先要用先進(jìn)的計(jì)目前還沒有煤化工企業(yè)選擇膜法氣體分離算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算,再用CAD去完成設(shè)計(jì)。用先技術(shù)制取氧氣或氮?dú)?。進(jìn)的PDMs三維設(shè)計(jì)軟件,并進(jìn)行了消化、建庫和4現(xiàn)代空分設(shè)備技術(shù)與工程設(shè)計(jì)的關(guān)系開發(fā),現(xiàn)己用它完成了60000m/h空分裝置的施空分設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造,空分設(shè)備的工程設(shè)工設(shè)計(jì),倍受用戶的好評(píng)。由于氣體應(yīng)用市場的計(jì),空分設(shè)備的使用、管理及維護(hù)是空分行業(yè)系需要等原因,空分裝置的液體產(chǎn)品逐漸增多,因統(tǒng)的三個(gè)組成部分。三者之間關(guān)系密切,互為依而帶來了液體低溫管道的大量應(yīng)用,另外空分裝存。先進(jìn)的空分設(shè)備與優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)相結(jié)合,置中還有一些高溫管道(例如分子篩區(qū)的管道),共同為使用空分設(shè)備的業(yè)主服務(wù)。需要對(duì)管道的應(yīng)力和管道的絕熱進(jìn)行計(jì)算,也引41空分設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)提供了改進(jìn)工程設(shè)計(jì)進(jìn)和開發(fā)了相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件,在實(shí)際工程應(yīng)用的機(jī)會(huì)和要求中收到較好的效果。最后,在工廠設(shè)計(jì)中,要將先最近,空分設(shè)備中采用了全精餾無氫制氬技進(jìn)的空分設(shè)備和工廠現(xiàn)場實(shí)際情況相結(jié)合,才能術(shù),取消了加氫脫氧工序,如果空分設(shè)備中再采做出好的工程設(shè)計(jì),由于空分工程中所采用的都用部分液氧內(nèi)壓縮,經(jīng)泵升壓至管網(wǎng)壓力后汽化是具有先進(jìn)技術(shù)的空分設(shè)備,但工廠改擴(kuò)建現(xiàn)場出冷箱,就可以使工廠設(shè)計(jì)中制氧主廠房中的偏場地一般都很擁擠,有時(shí)需要利用部分舊廠房進(jìn)跨廠房布置大為簡化,減少廠房面積。而在站區(qū)行改建。在設(shè)計(jì)中應(yīng)按照實(shí)際情況進(jìn)行靈活的布布置中,由于沒有氫氣站,可緊縮總圖布置。同置和調(diào)整,即保證符合有關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求,又樣,如空分設(shè)備采用氧氣內(nèi)壓縮流程,就可不用能滿足生產(chǎn)操作及檢查維修的需要氧壓機(jī),因而可以簡化工廠設(shè)計(jì)中主廠房的布5結(jié)束語置。再者,由于空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn),使工程設(shè)計(jì)中當(dāng)今,空氣分離技術(shù)越來越朝專業(yè)化、規(guī)模的廠房采用一層布置或露天布置,可以減少投化標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展,在保證最大收益的前提資。此外,由于空分設(shè)備中采用大型壓縮機(jī)、大型下,努力降低能耗是這項(xiàng)技術(shù)面臨的主要工作。液體貯槽以及空分冷箱的增高,都對(duì)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)在實(shí)際工作中善于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題,改善流及整體布置提出了更高的要求。程控制方案,必將進(jìn)一步提高空氣分離的自動(dòng)化42用優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)支持和配合空分設(shè)備中控制技術(shù)水平?？傊?我們要不斷開發(fā)空分設(shè)備新技術(shù)的應(yīng)用新技術(shù),不斷完善空分設(shè)備裝置的工程設(shè)計(jì),認(rèn)空分設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)給空分工程設(shè)計(jì)提供真做好空分設(shè)備的使用、管理和維護(hù)工作,共同了改進(jìn)工程的機(jī)會(huì)和要求,因此一定要用優(yōu)秀的努力為空分行業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。工程設(shè)計(jì)去支持和配合空分設(shè)備中新技術(shù)的應(yīng)(收稿日期:2009-03-30)