煤化工企業(yè)空分技術(shù)選擇與工程設計

氮肥技術(shù)2009年第30卷第3期煤化工企業(yè)空分技術(shù)選擇與工程設計任樹(shù)強曲順利(山東省化工規劃設計院250013)摘要簡(jiǎn)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)的選擇及現代空分技術(shù)與工程設計的關(guān)系。關(guān)鍵詞煤化工空氣分離原理工程設計目前新興的煤化工企業(yè)的煤氣化裝置均采通過(guò)壓縮機將其壓縮至用戶(hù)所需壓力。在內壓縮用純氧或富氧氣化工藝,如何獲得穩定、可靠、廉流程中,用液體泵將來(lái)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(hù)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、化全內壓縮流程;在裝置內將產(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壓縮流程,此種流程可由于目前在大規模制取氧、氮液化產(chǎn)品,尤減少離心壓縮機的壓縮級數其是高純度產(chǎn)品方面低溫分離法具有無(wú)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)應用中占據非常重要的地位。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50年代末才開(kāi)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。功的由于其獨有的靈活方便投資少、能耗低的前者是通過(guò)節流膨脹制冷;后者除仍有節流膨脹優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)變壓吸附空分富氧技術(shù)在中小規模外,還有一部分氣體在膨脹機中作等熵膨脹。氣富氧應用領(lǐng)域得到越來(lái)越多地應用。體進(jìn)行等熵膨脹時(shí),溫度的降低要比節流膨脹膜分離空分是20紀世80年代國外興起的大,而且能回收一部分壓縮功所以比節流膨脹高新技術(shù),屬高分子材料科學(xué),它是21世紀十大經(jīng)濟。其他各種改進(jìn)的深度冷凍循環(huán),有雙壓節新科技產(chǎn)業(yè)之一。該技術(shù)雖起步晩,但發(fā)展較快。流循環(huán)、帶氨預冷節流循環(huán)、逐級重疊循環(huán)等。先進(jìn)的空分設備技術(shù)必須與優(yōu)秀的工程設在深度冷凍法的各種循環(huán)中,典型的流程是計相結合,才能使空氣分離技術(shù)的應用更好地為先使空氣在過(guò)濾器中濾去塵埃等雜質(zhì)后進(jìn)入壓工業(yè)服務(wù)?？s機,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)品氮氣和氧氣降溫。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(guò)分子篩吸附器,除去所含的雜質(zhì),繼續冷卻后,再經(jīng)節流閥降壓;另一路經(jīng)膨脹機包括水、CO2碳氫化合物等。再經(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)入雙級精餾塔的下塔底部。裝置所需冷量由壓縮空氣或壓縮氮氣膨脹做功12精餾獲取。根據氣態(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(guò)程是在雙級離流程分為外壓編和內壓縮兩種類(lèi)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(shù)強等:煤化工企業(yè)空分技術(shù)選擇與工程設計液氧沸點(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)量分數一般為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。從而使分子篩對氧氮隨壓力不同具有不同的吸附容量冷凝蒸發(fā)器內熱量由管內傳向管間,并具有一定的特性,來(lái)實(shí)現氧氮分離。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氣凝和上塔塔底加熱的作用?？諝庠谙滤上露弦惶鬃儔何街蒲?制氮)系統主要包括三經(jīng)過(guò)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、壓縮空氣預處理系統、吸附提高,并在冷凝蒸發(fā)器管內冷凝成液氮。一部分分離系統。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(guò)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(guò)程更加節能高效;變壓吸附空分吸附劑性能態(tài)空氣,經(jīng)節流閥進(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,吸附劑蒸發(fā)出來(lái)的氣體逆流接觸。由此使下流液體中的的性能決定著(zhù)吸附分離效果,從而決定著(zhù)吸附設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)濟性器管間,含氧的質(zhì)量分數可達99%以上,并不斷變壓吸附空氣分離法具有顯著(zhù)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(kāi)停車(chē)方便:原始開(kāi)車(chē)幾十分鐘左右可按則是產(chǎn)品氮,氮的質(zhì)量分數亦可達98%以上。出要求獲得合格產(chǎn)品。臨時(shí)停車(chē)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(guò)速恢復供給合格產(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(guò)程由PLC級精餾塔還不能同時(shí)得到純氮和純氧。若在上塔或DCS控制,可以實(shí)現無(wú)人操作中部適當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(cháng)。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(wú)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)現空氣分離。膜法氣體分離技術(shù)是當今世界竟相發(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世紀十大變壓吸附(PSA法是一門(mén)新的氣體分離與純新科技產(chǎn)業(yè)之一。由于膜分離沒(méi)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、作費用低、壽命長(cháng)、操作簡(jiǎn)單、開(kāi)停機方便、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、維護費用低等優(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)現已廣泛應用于從合成氨放空氣中認為,在8000m}h規模等級以下,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)濟性。因此,在中小規模的空分領(lǐng)域變壓收、甲醇等用的合成氣的調比等。此外,氣體膜分吸附制氧(制氮)將占主導地位。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電子而接生產(chǎn)氮氣,其氮的體積分數可以達到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(yáng)離子的作用力強?？諝庵饘油ㄟ^(guò)沸石柱氧的體積分數可以達到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(guò)膜的傳遞速率的用?？辗衷O備新技術(shù)的采用有可能使工廠(chǎng)設計中不同,從而達到分離目的。通常一切氣體均可以的主廠(chǎng)房為一層布置或露天布置,一改過(guò)去工程滲透通過(guò)高分子膜,其過(guò)程是氣體分子首先被吸設計中習慣主廠(chǎng)房二層布置,水管及電纜都采用附并溶解于膜的高壓側面,然后借助于濃度梯度明溝布置的方法。當采用一層布置或露天布置在膜中擴散最后從膜的低壓側解析出來(lái),其結時(shí),要對地下、地上管線(xiàn)及電纜的敷設方式進(jìn)行果是小分子和極性較強的分子的通過(guò)速度較快,統一安排。另外還要對周?chē)潆娛业牟贾?、廠(chǎng)房而大分子和極性較弱的分子的通過(guò)速度較慢,膜和廠(chǎng)區周邊噪音的防治,以及主廠(chǎng)房?jì)仍O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(pán)的考慮,才能取得較好的效果。如在不同,來(lái)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(lái)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(chǎng)房中的,其分離推動(dòng)力為氣體在膜兩側的分壓差,所設了5t吊車(chē),而在屋頂上設置了部分活動(dòng)屋蓋,以膜法氣體分離沒(méi)有相變、不需要再生。膜材料作檢修電機之用。再者,大型壓縮機、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基礎提出了更高的要求在優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。工程設計中一定要精心設計。首先要用先進(jìn)的計目前還沒(méi)有煤化工企業(yè)選擇膜法氣體分離算機軟件進(jìn)行計算,再用CAD去完成設計。用先技術(shù)制取氧氣或氮氣。進(jìn)的PDMs三維設計軟件,并進(jìn)行了消化、建庫和4現代空分設備技術(shù)與工程設計的關(guān)系開(kāi)發(fā),現己用它完成了60000m/h空分裝置的施空分設備的設計與制造,空分設備的工程設工設計,倍受用戶(hù)的好評。由于氣體應用市場(chǎng)的計,空分設備的使用、管理及維護是空分行業(yè)系需要等原因,空分裝置的液體產(chǎn)品逐漸增多,因統的三個(gè)組成部分。三者之間關(guān)系密切,互為依而帶來(lái)了液體低溫管道的大量應用,另外空分裝存。先進(jìn)的空分設備與優(yōu)秀的工程設計相結合,置中還有一些高溫管道(例如分子篩區的管道),共同為使用空分設備的業(yè)主服務(wù)。需要對管道的應力和管道的絕熱進(jìn)行計算,也引41空分設備的先進(jìn)技術(shù)提供了改進(jìn)工程設計進(jìn)和開(kāi)發(fā)了相關(guān)的計算機軟件,在實(shí)際工程應用的機會(huì )和要求中收到較好的效果。最后,在工廠(chǎng)設計中,要將先最近,空分設備中采用了全精餾無(wú)氫制氬技進(jìn)的空分設備和工廠(chǎng)現場(chǎng)實(shí)際情況相結合,才能術(shù),取消了加氫脫氧工序,如果空分設備中再采做出好的工程設計,由于空分工程中所采用的都用部分液氧內壓縮,經(jīng)泵升壓至管網(wǎng)壓力后汽化是具有先進(jìn)技術(shù)的空分設備,但工廠(chǎng)改擴建現場(chǎng)出冷箱,就可以使工廠(chǎng)設計中制氧主廠(chǎng)房中的偏場(chǎng)地一般都很擁擠,有時(shí)需要利用部分舊廠(chǎng)房進(jìn)跨廠(chǎng)房布置大為簡(jiǎn)化,減少廠(chǎng)房面積。而在站區行改建。在設計中應按照實(shí)際情況進(jìn)行靈活的布布置中,由于沒(méi)有氫氣站,可緊縮總圖布置。同置和調整,即保證符合有關(guān)規程規范的要求,又樣,如空分設備采用氧氣內壓縮流程,就可不用能滿(mǎn)足生產(chǎn)操作及檢查維修的需要氧壓機,因而可以簡(jiǎn)化工廠(chǎng)設計中主廠(chǎng)房的布5結束語(yǔ)置。再者,由于空壓機的結構改進(jìn),使工程設計中當今,空氣分離技術(shù)越來(lái)越朝專(zhuān)業(yè)化、規模的廠(chǎng)房采用一層布置或露天布置,可以減少投化標準化的方向發(fā)展,在保證最大收益的前提資。此外,由于空分設備中采用大型壓縮機、大型下,努力降低能耗是這項技術(shù)面臨的主要工作。液體貯槽以及空分冷箱的增高,都對基礎的設計在實(shí)際工作中善于發(fā)現系統存在的問(wèn)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)秀的工程設計支持和配合空分設備中控制技術(shù)水平?？傊?我們要不斷開(kāi)發(fā)空分設備新技術(shù)的應用新技術(shù),不斷完善空分設備裝置的工程設計,認空分設備的先進(jìn)技術(shù)給空分工程設計提供真做好空分設備的使用、管理和維護工作,共同了改進(jìn)工程的機會(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。工程設計去支持和配合空分設備中新技術(shù)的應(收稿日期:2009-03-30)