1、空分制氧工艺流程1doc第一章空分设备工艺流程第一节空气分离设备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、空气分离设备术语基本术语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。 2、加工空气 指用来分离气体和制取液体的原料气。3、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
2、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，是强氧经剂。不能燃烧，能助燃。4、工业用工艺氧 用空气分离设备制取的工业用工艺氧，其含氧量（体积比）一般小于98%。5、工业用气态氧 用空气分离设备制取的工业用气态氧，其氧含量（体积比）大于或等于99.2%。6、高纯氧 用空气分离设备制取的氧气，其氧含量（体积比）大于或等于99.995%。7、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
3、威力下的沸点为77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。8、工业用气态氮 用空气分离设备制取的工业用气态氮，其氮含量（体积比）大于或等于98.5%。9、纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮 含蓄量（体积比）大于或等于99.995%。10、高纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮 含蓄量（体积比）大于或等于99.9995%。11、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。可采用低温法用空气分离设备制取液态或用气态氧加以液化。12、液氮（液态氮） 液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在101
4、.325kPa压力下的沸点为77.35K，密度为810kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态氮或用气态氮加以液化。13、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物。14、富氧液空 指氧含量（体积比）超过的20.95%的液态空气。15、 馏分液氮（污液氮） 在下塔合适位置抽出的、氮含量（体积比）一般为95%96%的液体。16、污氮 由上塔上部抽出的、氮含量（体积比）一般为95%96%的液态体。17、标准状态 指温度为0C、压力为101.325kPa时的气体状态。18、空气
5、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。19、节流 流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力。20、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。21、膨胀：流体压力降低，同时体积增加。22、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。23、空气膨胀：空气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。24、氮气膨胀：氮气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。25、一次节流的液化知循环（林德循环） 以高压节流膨胀为基础的气体液化循环，其特点是循环气体既被液化又起冷冻作用。26、带膨胀机的高压液化循环（海兰德循环） 对外作功的绝执膨胀 与节流膨胀
6、配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为高压常温。27、带膨胀机的中压液化循环（克劳特循环） 对外作功的绝执膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为中压低温。28、 带膨胀机的低压液化循环（卡皮查循环） 对外作功的绝热膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为低压低温。29、斯特林循环：由两个等温过程和两个等容过程组成的理论热力循环。整个循环通过等温压缩、等容冷却、等温膨胀、等容加热等四个过程来完成。30、升华：从固相直接转变为汽相的相变过程。31、温差：指冷热流体两表面或两环境之间有热量传递时的温度差别。32、热端温差：指冷
7、热流体间在换热器热端的温度差。33、中部温差：指冷热流体间在换热器中部的温度差。34、冷端温差：指冷热流体间在换热器冷端的温度差。35、 液氧循环量 由冷凝蒸发器底部抽出部分液氧流经吸附器，在清除这部分液氧中的碳氢化合物后再回入冷凝蒸发器的液氧量。36、入上塔膨胀空气（拉赫曼空气） 由下塔底部抽出部分空气、经切换式换热器冷段复热，进入透平膨胀机构热膨胀后直接送入上塔参加精馏的空气。37液汽比（回流比）：在精馏塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。38 液泛：在精馏塔中上升蒸汽速度过高，阻止了液体正常往下溢流的工况。39、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。40、变压吸附
8、 利用压力效应的吸附工艺在吸附再生操作周期中，较高压力下吸附，较低压力下（或负压）下再生的过程。41、跑冷损失 在低于环境温度下工作的设备与周围介质存在的温差所产生的冷量损失。42、复热不足损失在换热器热端冷热流体间存在的温差而导致冷量回收不完全的损失。43、冷量损失指空气分离设备的冷箱由于跑冷损失和复热不足损失的冷量损失。44、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。45、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。46、低压流程：正常操作压力大于至小于或等于1.0MPa的工艺流程。47、中压流程：正常操作压力大于1.0MPa至小于或等于5.0MPa的工艺流程。
9、48、高压流程：正常操作压力大于的5.0MPa工艺流程49、高低压流程：高压流程与低压流程相结合的流程。50、带分子筛吸附器低压流程 采用分子筛吸附器来清除空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的低压流程。51、空气分离设备 以空气为原料，用低温技术把空气分离成氧氮氩及其他稀有气体的成套设备。52、大型空气分离设备 指生产氧气产量大于或等于10000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备。53、中型空气分离设备 指生产氧气产量大于或等于1000m3/h至小于10000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备。54、小型空气分离设备 指生产氧气产量小于1000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备二、稀
10、有气体提取设备1、稀有气体提取设备 用以提取纯氩、纯氖、纯氦、纯氪、纯氙等气体产品的设备。一般需与空气分离设备配用。2、稀有气体 指氩、氖、氦、氪、氙五种气体。无色，无臭的气体。空气中的体积含量为0.932%。在标准状态下的密度为1.874kg/m3,熔点为84K,在101.325kPa压力下的沸点为87.291K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于金属焊接、冶炼等。2.3 氩气 分子式Ar，原子量39.948（按1983年国际原子量），是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为0.932%。在标准状态下的密度为1.784kg/m3,熔点为84K。在101.325压力下的沸点为87.291K
11、。不活泼，不能燃烧，也不能助燃。主要用于焊接、冶炼等。4、纯氩：用空气分离设备提取的纯氩，其氩含量（体积比）大于或等于99.99%。5、液氩：液体状态的氩，是一种无色、无臭、呈透明的液体。6、氖气 分子式Ne，原子量20.179（按1983年国际原子量），是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为1.810-3%。在标准状态下的密度为0.8713kg/m3，熔点为24.57K。在101.325kPa压力下的沸点为27.09K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要应用于照明技术等。7 、纯氖：用空气分离设备提取的纯氖，其氖含量（体积比）大于或等于99.99%。8、液氖：液体状态的氖阳一种无色、无臭呈
12、透明的液体。液氖常用作低温源。9、氦气 分子式He，原子量4.0026（按1983年国际原子量），是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含为5.2410-4%。在标准状态下的密度为0.1769kg/m3。在101.325kPa压力下的沸点为4.215K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于检漏、焊接、低温研究、特种重金属冶炼、色谱分析载气、潜水呼吸气等。10 、纯氦：用空气分离设备提取的纯氦，其氦含量（体积比）大于或等于99.99%。11、液氦液体状态的氦，为无色透明的液体，沸点最低，是一种最主要的低温源。12 、氪气 分子式Kr。原子量83.80（按1983年国际原子量）是一种无色、无臭的气体
13、。空气中的体积含量为1.010-4%。在标准状态下的密度为3.6431kg/m3。熔点116.2K。在101.325kPa压力下的沸点为119.79K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于电真空及电光源等工业。13 、纯氪：用空气分离设备提取的纯氪，其氪含量（体积比）大于或等于99.95%。14、氙气 分子式Xe。原子量131.80（按1983年国际原子量）是一种无色、无臭的气体。空气中的体积含量为8.010-6%。在标准状态下的密度为5.89kg/m3。熔点161.65K。在压力下的沸点为165.02K。不活泼，不能燃烧，也不助燃。主要用于电光源工业，也用于医疗、电真空、激光等领域。15、纯
14、氙：用空气分离设备提取的纯氙，其氙含量（体积比）大于或等于99.95%。16、氩馏分 从上塔合适部位提取一股氧、氩、氮混合气作为氩提取设备的原料气体。其组分（体积含量）氩为7%10%，氮一般小于0.06%，其余为氧。17、氩回流液 在粗氩塔中精馏洗涤下来的氧、氩、氮混合液，其组分与氩馏分气体成相平衡。18 、粗氩 由粗氩塔塔顶获得的氩含量（体积比）大于或等于96%，其余为氧和氮的混合气体。19、富氧液空蒸汽：由粗氩塔冷凝器蒸发侧的富氧液空蒸发形成的蒸汽。20、富氧液空回流液 为避免粗氩冷凝器蒸发侧富氧液空中碳氢化合物的浓缩，排放一部分富氧液空返回上塔。21、氖氦馏分：从冷凝蒸发器顶部抽取的氖、
15、氦、氮混合气体，作为氖氦提取设备的原料气。22、粗氖馏分 氖氦馏分经粗氖氦塔分离而获得氖氦浓缩物。其氖和氦的总含量（体积比）为30%50%，其余为氮及少量氢的混合气体。23、氖氦混合气 经除氢和氮后所获得的氖氦混合气体，其组分含量（体积比）氖约为75%，氦约为25%。24、贫氪 指贫氪塔塔底蒸发器中获得的浓缩物。其氪和氙的总含量（体积比）为0.10.3%，其余为氧（甲烷含量0.10.3%，）的混合气体。25、粗氪 指粗氪塔塔底蒸发器中获得的浓缩物。其氪、氙的总含量（体积比）约为50%，其余为氧的混合气体（含有少量甲烷）。26、工艺氙 指粗氪气体通过纯氪塔进一步分离后获得的氙气，其氙含量（体积比
16、）为99%左右。三、基本概念1、液化：气体变成液体的过程。2、汽化：液体变成蒸气的过程。3、蒸发：在某种温度下，液体的外露界面上进行的汽化过程。4沸腾：液体内部发生汽化过程，即液体内部不断产生汽泡而上升，变成蒸汽而跑到上部空间去。5、饱和蒸汽压空间中蒸气分子的数目不再增加，蒸汽压力维持一定，达到平衡。6饱和温度：饱和蒸汽压所对应的液化温度。7、易挥发组份在同一压力下所对应的饱和温度越低，表示该物质越容易被汽化。8、临界温度 只有低于这个温度才可能采用提高压力的方法使它液化，这个液化的最高温度。9、临界压力：在临界温度下，所需要的液化压力。10、汽化潜热：在饱和温度下，使液体分子变成蒸汽分子所需
17、的热量。11、过热蒸汽：超过饱和温度的蒸气，亦叫未饱和蒸气。12、过冷液体：温度低于该压力所对应饱和温度的液体，也叫未饱和液体。 *任何物质都能以气液固的形式出现，并在一定条件下发生相互转化。13、温度（T）：是物体冷热程度的标志，对物体的热运动状态有关。 T（k）=t（）+273 K为国际温标（也叫绝对温标），t为摄氏温标14、压力（P）：单位面积上所受到的垂直作用力。工程上通常使用的压力为表压（即压力表直接读取），物性计算时常用 绝对压力，通常P（绝）=P（表） +1个大气压。压力 单位的换算见表1-2数值物理大气压工程大气压巴毫米汞柱1物理大气压11.03321.0137601工程大气压
18、0.96810.98735.61巴0.9871.0217501000毫米汞柱1.3151.361.3310001工程大气压=1（公斤/厘米2）=735.6（mmHg）=10米水柱15、比容与重度：单位重量工质所具有的容积。（）单位体质的工质所具有的重量。（） 体积V，重量G（Kg） 则有=V/G（m3/ Kg），= G / V（Kg / m3）16、气体：指远离液体的气态物质。 *任何气体都可以液化，只是液化的难易不同而已。17、蒸汽：指刚由液态转变过来偏离液态不远的气体物质。18、理想气体假定气体分子是完全弹性的不占体积的质点。分子间没有相互作用力，即是一群被此完全自由运动着的质点的集合体。
19、理想气体实际上是气体在压力P 0，比容 时，这一极限状态下的气体。 *理想是不存在的，一般说来，只要工质相对地处于低压高温状态，且计算在允许误差范围内者可作为理想气体处理。19、自然界中的一些气体在一般的压力温度范围内，气体的三个状态参数P、V、T之间存在特殊的关系，其中一个状态参数不变，另外两个状态参数之间存在一个简单的关系。*T不变时，对一定量的气体，压力越高，则气体所占体积越小，压力降低，体积增大。P1V1= P2V2=PV=常数*P不变时，对一定数量的气体，温度升高时气体体积增大，反之缩小；V1/T1=V2/T2= = V/T=常数*V不变时，一定量的气体，温度升高压力则增高，反这则下
20、降。P1/T1=P2/T2=P/T=常数20、理想气体的状态方程P1 V1/T1=P2 V2/T2=PV/T=常数R气体O1N1ArNeHeKrXeH2AirR(Kg.m/Kg.K)26.530.2621.2642.02211.810.229.46420.629.821、理想气体的比热使单位质量的物质温度升高一度所吸收的热量称为比热，工质在等压或等容过程中的比热叫做和等容比热。等压比热=等容比热+2(Kcal/mol.K)单原子气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe）是等压比热=5, 等容比热=3双原子气体（O2、N2、 He）的比热均与温度有关多原子气体的比热与温度和压力有关。22、热力学第一定
21、律 当某一定量机械能产生时（即完成了功），必有相当的热量消失掉，反这，当消耗了一定量的功时，（即消耗了机械功），必发生相当的热量。*= 21=QAWA绝热过程：Q=0，则= AWB等容过程W=0，则=QC当工质完成热力循环后，系统回到原状态2= 1，则Q=AW23、热力学第二定律 热量不可能独自地，不付代价地（没有补偿的）从较冷的物体传向较热的物体。第二节 空分设备流程组织概述下面我们以KDONAr-30000/16160/930型空分设备为例，来讲解空分设备的流程组织。一、主要技术数据1、加工空气进装置原料空气流量 163500 Nm3/h进 分 馏 塔 流 量 156500 Nm3/h进分
22、馏塔空气压力及温度：低压：0.50 MPa(G)，22中压：3.80 MPa(G)，40高压：7.0MPa(G)，402、产品指标产品名称纯度（%）产量（Nm3/h）出冷箱压力MPa(G)备 注氧气（GO2）99.6300006.5内压缩液氧（LO2）99.62000.2氮气（GN2）10PPm O2161600.5液氮（LN2）10PPm O22000.45液氩（LAr）O22PPmN23PPm9300.3仪表空气露点-6520000.5装置空气露点-6520000.5注: m3/h指0，101.325Kpa状态下的体积流量(以下同);3、空分设备运转周期（两次大加温间隔时间）: 2年4、装
23、置加温解冻时间: 24小时5、装置起动时间(从膨胀机启动到氧气纯度达到指标)：36小时6、装置操作弹性：70110（不包括压缩机组及膨胀机）二、基本原理干燥空气的主要成份如下:名 称化学代号体积百分比重量百分比氧O220.9523.1氮N278.0875.5氩Ar0.9321.29空气中其它组成成份，如氢、二氧化碳、碳氢化合物的含量在一定范围内变化，而水蒸汽含量则随着温度和湿度而变化。空气中的主要成份的物理特性如下:名称化学符号标准大气压下的液化温度()标准大气压下的固化温度()临界温度()临界压力MPa(A)氧 O2-183-218.4-1195.079氮 N2-195.8-209.86-1
24、473.394氩 Ar-185.7-189.2-1224.862空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时，气相与液相之间就发生热、质交换，气体中的部份冷凝成液体并放出冷凝潜热，液体则因吸收热量而部份蒸发。因沸点的差异，氧、氩的蒸发顺序为：氮氩氧，冷凝顺序为：氧氩氮。在本系统中，该过程是在塔板上进行的，当气体自下而上地在逐块塔板上通过时，低沸点组份的浓度不断增加，只要塔板足够多，在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。同理，当液体
25、自上而下地在逐块塔板上通过时，高沸点组份的浓度不断增加，通过了一定数量的塔板后，在塔的底部就可获得高纯度的高沸点组份。由于氧、氩、氮沸点的差别，在上塔的中部一定存在着氩的富集区，制取粗氩所需的氩馏份就是从氩富集区抽取的。三、工艺流程简介本套装置的成套工艺流程详见附图(CF270.00000LC共10页)。1、空气过滤器及空气压缩系统该系统由一台自洁式空气过滤器及一台透平空气压缩机组成。含尘空气入空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等。经过滤的空气再入空气压缩系统，被空气压缩系统压缩到0.52MPa.G后进入空气预冷系统。2、空气预冷系统本系统主要由空冷塔、水冷塔及四台水泵组成。空气冷却塔为装有
26、两层塔料的填料塔，空气由空气压缩机送入空气冷却塔底部，由下往上穿过填料层，被从上往下的水冷却，并同时洗涤部分NOx，SO2，C1+等有害杂质，最后穿越顶部的丝网分离器，进入分子筛纯化系统，出空冷塔空气的温度约为15。进入空冷塔的水分为两段。下段为由用户凉水塔来的冷却水，经循环水泵加压入空冷塔中部自上而下出空冷塔回凉水塔。上段冷冻水来自经水冷却塔与由分馏塔来的多余的污氮气热质交换冷却得到，由冷冻水泵加压后，送入空气冷却塔顶部，与中部的冷却水一起回凉水塔。3、空气纯化系统该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器及一台电加热器组成。分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，两只吸附
27、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、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，经蒸汽加热器加热至170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。高温再生时，再生气经蒸汽加热器及电加热器加热至260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。4、增压压缩机系统由分子筛吸附器来的洁净空气进入增压压缩机增压使空气的压力得以提高，增压空气分为两股，一股（流量
28、31500Nm3/h，压力2.6MPa.G）从增压压缩机中部抽出，经冷却后进入由膨胀机驱动的增压机；另一股（流量47000Nm3/h，压力7.0MPa.G）从增压压缩机末级引出，经冷却后进入主换热器。5、增压膨胀机系统该系统主要由两台增压透平膨胀机，两台增压机后冷却器，两台供油装置组成。从增压压缩机中抽并经冷却后的加压空气，进入由膨胀机驱动的增压机，消耗掉由膨胀机输出的能量，使空气的压力得以进一步提高，增压后的空气进入增压机后冷却器，冷却到所需温度后进入主换热器，被返流的液氧、氮气及污氮冷却到一定温度后进入透平膨胀机膨胀，膨胀空气进入下塔参与精馏。6、氧、氮精馏该系统主要由下塔、主冷凝蒸发器、
29、上塔、过冷器及液氧泵组成。由纯化系统来的进入低压主换热器冷却到接近露点的空气分为两路，一路进入氮增压器被液化后送如下塔、另一路汇同膨胀空气以及来自增压压缩机末级冷却器的高压空气经高压主换热器液化后的液空进入下塔，经下塔的精馏，在顶部获得氮气，除一部分作为热源到纯氩塔外，其余经冷凝蒸发器冷凝，冷凝的液体一部分做为下塔的回流液，一部分送进氮增压器被空气汽化后再经高压主换热复热作为产品，其余部分经过冷器过冷后，一部分作为液氮产品引出冷箱，一小部分作为纯氩冷凝器冷源，另一部分节流后作为上塔回流液送至上塔顶部，在下塔下部得到污液氮，经过冷器过冷后，节流至上塔上部参与精馏，在下塔底部得到富氧液空，经过冷器
30、过冷后，一部分作为粗氩塔冷源，另一部分节流至上塔中部参与精馏。经上塔精馏，在顶部得到污氮气，污氮气经过冷器复热后分为两路、一路经高压主热交换器水冷塔制冷，另一路经低压主换热器复热后除一部分用作纯化系统再生用气外，其余均入水冷塔制冷。液氧从主冷凝蒸发器底部抽出，一部分作为液氧产品引出冷箱，其余经液氧泵加压进入高压主换热器复热后再送用户使用。为方便调氩，还设置了气氧的旁通阀（至污氮气）。7、氩的精馏该系统主要由粗氩塔I、粗氩塔II、粗氩冷凝器，纯氩塔及其冷凝、蒸发器，工艺液氩泵等组成。由上塔中部抽出的氩馏份气，进入粗氩塔I进行精馏，使氧的含量降低。粗氩塔I的回流液是由粗氩塔II底部引出经工艺液氩泵输送来的液态粗氩，粗氩塔I底部的液体再返回上塔参与精馏。由粗氩塔I顶部引出的气体进入粗氩塔II底部并在其中进行更进一步的氩、氧分离。结果在其顶部得到O22 PPm的粗氩气。粗氩气经粗氩冷
