《内压缩流程技术【稀缺资源，路过别错过】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《内压缩流程技术【稀缺资源，路过别错过】（124页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、内压缩流程技术内压缩流程技术内压缩流程技术内压缩流程技术内压缩流程是空分设备的一种工艺流程组织方式，是相对于外压缩流程而言的。外压缩流程就是空分设备生产低压氧气，然后经氧压机加压至所需压力供给用户，也称之为常规空分。内压缩流程就是取消氧压机，直接从空分设备的精馏塔生产出中、高压力的氧气供给用户。该流程与常规外压缩流程的主要区别在于，产品氧的供氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到，液氧在高压板翅式换热器中与高压空气进行热交换从而汽化复热回收冷量送出冷箱。目前,大型化工空分用户和有较大液体需要量的冶金空分用户，都采用内压缩流程。1 内压缩流程型式1.1 按应用领域分按氧气用在冶金领域还是化工领域
2、分为冶金型和化工型。冶金型行业一般对氧气、氮气产品压力要求在3.0 MPa 左右，大多采用空气循环、膨胀空气进下塔的氧内压缩流程，采用增压空气压缩机+液氧泵+中压换热器取代氧气透平压缩机。化工型行业氧气产品压力一般在 4.510.0 MPa。目前开发的流程型主要有：氮气循环单泵内压缩流程，空气循环双泵内压缩流程，空气循环单泵内压缩膨胀空气进下塔流程，空气循环单泵内压缩膨胀空气进上塔流程。1.2 按制冷循环介质分按制冷循环介质分有空气制冷循环和氮气制冷循环两种型式。空气制冷循环以一股正流压缩空气为热源，在主换热器中与被加压的液氧进行热交换。在液氧复热、汽化的同时，将液氧的低温冷量转换为同一低温等
3、级空气的冷量,使这股压缩空气冷却和液化，实现空分设备的冷量平衡。氮气制冷循环是采用氮气作为循环介质来吸收和转化加压液氧的低温冷量。但由于氮气冷凝温度和潜热均比空气小，这就决定了汽化同样数量的加压液氧，需要被加压的氮气量比空气量更多且压力更高，不是很经济，故用循环氮气作为加热气体的内压缩流程用得较少。1.3 按膨胀空气进行入精馏塔的位置分目前国内外空分制造厂家所采用的内压缩流程绝大部分是空气增压流程。按膨胀空气进行入精馏塔的位置分为两种型式：一种是膨胀空气进上塔，另一种是膨胀空气进下塔。膨胀空气进上塔流程，主要针对产品液体量需求不大的用户，产品液体总量一般是产品氧气量的 35%。它的优点是：流程
4、简单；采用常规增压透平膨胀机，操作方便；中压换热器单个设计，可靠性高，液氧不会产生偏流；装置的氧氩提取率大致与常规外压缩空分相当。膨胀空气进下塔流程，是目前国内制造的内压缩流程空分设备中比较典型的流程，主要针对产品液体量需求大的用户，产品液体总量可达到产品氧气量的10%以上。它的优点是提取率高，如氩的提取可达到90%以上。2 特点内压缩流程是相对于外压缩流程而言的。与外压缩流程相比，内压缩流程主要的技术变化在两个部分：精馏与换热。外压缩流程空分是由精馏塔直接产生低压氧气，再经主换热器复热出冷箱；而内压缩流程空分是从精馏塔的主冷凝蒸发器抽取液氧，再由液氧泵加压至所需压力，然后再由一股高压空气与液
5、氧换热，使其汽化出冷箱作为产品气体。可以简单地认为，内压缩流程是用液氧泵加上空气增压机取代了外压缩流程的氧压机。2.1 安全性提高氧压机在设计制造中需要考虑的安全因素较多，用液氧泵取代了氧压机后，将压缩过程中的危险取掉了，安全性提高。2.2 占地面积小内压缩流程中的空气增压机压缩机可以单独设置，也可以与主空压机连体设置，都可以减少占地面积。用循环氮压机的内压缩流程，也可以与氮压机合二为一。另外还取消了氧压机的占地面积。对用地紧张的新上项目和改扩建项目很适合。2.3 易于维护用液氧泵取代了氧压机，氧压机的制造和维护都要求高，液氧泵相对就方便多了。2.4 满足不同压力产品的需要对化工产品用户，氧压
6、力、氮压力高，氮产品压力等级多，氮产品温度高，装置规模大，采用内压缩流程，可降低投资成本，设备可靠性高。2.5 现场供气和同时出售液体产品时竞争力大对许多采用管道现场供气方式的气体公司，在经营现场供气业务的同时，通常还出售大量的液体产品。在这样的情况下，内压缩流程空分就在运行成本上有较大的优势。大中型空分设备流程的发展大中型空分设备流程的发展从 1958 年我国试制成功第一套 3350m3/h 空分设备以来，大中型空分流程已经历了铝带蓄冷器冻结高低压空分流程、石头蓄冷器冻结全低压空分流程、切换式换热器冻结全低压空分流程、常温分子筛净化全低压空分流程、常温分子筛净化增压膨胀空分流程、常温分子筛净
7、化填料型上塔全精馏制氩流程。各流程简介如下：1 铝带蓄冷器冻结高低压空分流程(简称第一代空分)铝带蓄冷器冻结高低压空分流程是我国最早的大中型空分设备的主导流程，标志着我国在空气分离设备的制造已实现了从小型向大型的飞跃发展。典型产品：3350m3/h(20状态)空分设备，这是我国第一代空分产品，流程组织较为复杂，主要由空气过滤压缩、高压空气压缩、CO2 碱洗、氨预冷、 膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。【流程特点】(1)加工空气压力分成低压(0.530.57MPa)和高压(1620MPa)两个等级。空分设备的冷量来源于两个压力等级下空气的焦汤效应、氮气膨胀制冷和氨预冷系统制冷等三个方面。(2)采用
8、了氧、氮蓄冷器各两只(分别一只走正流、另一只走返流)，内充盘装铝带填料，供换热和清除低压空气中的水分和 CO2 用，蓄冷器的自清除效果采用返流气量大于正流气量来保证，通常返流与正流气的流量之比为 1.031.04 倍。(3)采用了一对高压换热器来冷却高压空气，高压空气中的 CO2 是通过碱洗塔碱液的洗涤，水分是通过氨预冷系统的冻结而清除的。(4)将冷凝蒸发器分成主冷和辅冷两部分，辅助冷凝蒸发器放置位置低于主冷凝蒸发器，利用液氧液位落差使上塔液氧不断流入辅助冷凝蒸发器，同时被下塔顶部引入的压力氮气气化成氧气后，导入乙炔分离器吸附掉乙炔，作为产品氧气的一部分输出，这就保证了精馏塔的安全运行。主冷凝
9、蒸发器为列管式(共 17749 根列管，温差 1.8K)，辅助冷凝蒸发器为盘管式(温差 3.2K)。【流程缺点】(1)流程组织较复杂。为了提供空分设备所需的部分冷量及由此而引起的高压空气中水分、CO2 的清除问题，在冷箱外增设了高压空气压缩机、碱洗塔、 氨预冷系统等多套机组；同时冷箱内设备也较多，使整套空分设备的操作、维护不便。(2)蓄冷器的自清除问题没有得到妥善解决，氧气(或氮气)和空气的传质和传热虽按不同时间间隔错开但却在同一腔内进行，使产品的纯度受到较大污染，氧气纯度由 99.5%O2 下降到 99%O2，氮气纯度由 99.8%N2 下降到 98%N2，而后者由于纯度较低，只能放空；此外
10、蓄冷器热端温差较大(5)，复热不足损失大。(3)膨胀机结构为冲动式固定喷嘴的型式，效率较低，只有 60%左右。若用空气作膨胀工质，对膨胀后的空气如何处理，没有得到妥善解决，影响了空分流程的组织水平。(4)氧提取率低，一般只有 83.3%。(5)能耗高， 设计值为 0.66kWh/m3O2， 而实际运行值高达 0.70.9kWh/m3O2。2 石头蓄冷器冻结全低压空分流程(简称第二代空分)管式石头蓄冷器冻结全低压空分流程，是我国第二代空分产品，主要由空气过滤压缩、空气预冷、膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。典型产品:6000 m3/h 空分设备，标志着我国气体分离和液化设备工业正式进入了全低压空分
11、流程的时代。【流程特点】(1)采用反动式固定喷嘴透平膨胀机。空气在固定喷嘴和叶轮中进行了两次膨胀，使膨胀机效率有了很大的提高(可达 80%)，空分设备的制冷手段得到了改善，因此使加工空气由第一代空分流程的两个压力等级转变到只要 0.5MPa(G)的一个压力等级成为可能，实现了高低压空分流程向全低压空分流程的变革。(2)将铝带蓄冷器改为石头蓄冷器，让产品氧气、氮气始终走蛇管内部换热，保证了氧、氮纯度不受污染，使氧的纯度达到 99.6%O2，氮的纯度达到10010-6O2。(3)为了清除冻结在石头上的 CO2 和水分，除了采用正流空气和返流污氮气交替切换的方法外，还采用了中间抽气法，即在蓄冷器中部
12、抽出了相当于加工空气量 10%的空气，这就保证了抽口以下正流气量小于返流气量的自清除要求，进一步缩小了蓄冷器冷端温差，使自清除更为彻底。(4)膨胀后空气送入上塔中部参与精馏，充分利用了上塔精馏潜力，提高了氧提取率(可达 84%)。(5)用循环液氧泵和液氧吸附器组成的强制循环来清除液氧中的乙炔等碳氢化合物，确保了空分设备的安全运行，取消了前一流程的辅助冷凝蒸发器。(6)能耗比第一代空分有了明显的下降，可达到0.550.6kWh/m3O2。【流程缺点】(1)管式石头蓄冷器中的石头填料单位体积所具有的比表面积只有铝带的1/5，而密度却远比铝带大，因而处理同样的空气量，石头蓄冷器比铝带蓄冷器体积要大
13、5 倍以上，这就使得石头蓄冷器体积庞大、笨重，所需的安装基础必须深沉坚实，占地面积大，工程费用多。(2)由于采用中间抽气法来保证蓄冷器的不冻结性，因而设置了相应的抽气阀箱和 CO2 吸附器，使冷箱内设备及配管复杂化。(3)膨胀机采用固定喷嘴，只能依靠调节压力来调节气量，因而膨胀量调节范围较小，对空分变工况生产需要大量冷量时的适应性较差，只能用增设备用膨胀机来解决冷量的调节问题，这显得很不经济。(4)主冷凝蒸发器仍为长列管式，管子数目仍然较多，体积大、制造难。3 切换式换热器冻结全低压空分流程(简称第三代空分)随着高效率板翅式换热器的研制成功和反动式透平膨胀机技术的进一步发展，空分流程水平又大大
14、向前推进了一步，出现了切换式换热器冻结全低压空分流程，是我国第三代空分产品。主要由空气过滤压缩、空气预冷、膨胀制冷、换热、精馏(含提氩设备)等系统组成。典型产品:10000m3/h 空分设备【流程特点】(1)板翅式换热器，取代了石头蓄冷器、列管式冷凝蒸发器及盘管式过冷器、液化器等，使单元设备的外形尺寸大大缩小，空分设备的冷箱也相应缩小、跑冷损失减少、膨胀量下降、启动时间缩短等一系列的良性循环，提高了空分设备的技术经济性。(2)用切换式换热器取代石头蓄冷器后，由于用间壁式连续换热代替了蓄冷器的间歇换热，使温度场分布较为稳定，同时在气流通道中供水分和 CO2 冻结的空间也增大了，使切换周期可以延长
15、，切换损失可由蓄冷器流程的4%下降到2%。(3)采用了环流法来保证切换式换热器的不冻结性，可使空气和返流污氮气冷端温差由蓄冷器流程的 3.5缩小到 2.5，这是一种较为完整的不冻结性的方法，不再需要中抽气阀箱，CO2 吸附器等附加设备，使流程简化。(4)采用反动式可调喷嘴的透平膨胀机，使膨胀机效率变化平稳，对变工况生产适应性强，同时采用了电机制动来回收膨胀机的对外做功。(5)采用了体积小、重量轻、流通能力大的切换碟阀取代笨重的强制切换阀，使布置紧凑。(6)氧提取率提高到87%。(7)能耗大大下降，10000m3/h 空分设备一般为 0.490.52kWh/m3O2，6000m3/h 空分设备一
16、般为 0.530.55kWh/m3O2。【流程缺点】(1)为了满足切换式换热器自清除要求，需要返流污氮气量较大，一般而言，污氮气量与总加工空气量之比不得少于 55%， 即纯氮产量只能达到总加工空气量的 45%，这样，纯氮气和氧气产量之比最多只能达到 1：1，无法满足用户对大量纯氮气需求。(2)为满足切换式换热器的不冻结性要求，冷端要保证有一个最小温差，空分设备的启动要分成四个阶段来完成，以避免水分和 CO2 进入精馏塔内，因而启动操作要十分小心，比较麻烦。这类流程由于技术落后，操作维护复杂，运转周期较短，是下一步实施技术改造的重点对象。4 常温分子筛净化全低压空分流程(简称第四代空分)随着国际上分子筛净化技术的发展和在空分设备中的广泛应用。分子筛净化空气冷箱外“前端净化”技术，代表着 20 世纪 70 年代国际空分设备流程发展的主导方向。该流程设备主要由空气过滤压缩、空气预冷、分子筛净化、膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。典型产品:6000m3/h 空分设备【流程特点】(1)利用分子筛吸附剂在常温下吸附空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的特性，将切换式换热器的
