空分工艺及设备介绍共82页文档
空分装置工艺流程参考文档
赵明飞
空分装置简述
❖ 空分装置是为煤制氢装置壳牌气化炉提供高压高纯 氧气，为煤液化、煤制氢、加氢改质、轻烃加收、 锅炉、罐区等其它装置提供高、中、低压高纯氮气， 以及向全厂各装置提供仪表空气和工厂空气。同是 也生产少量液体产品储存到后备储罐系统中，用以 来保证生产的连续性。
❖ 空分装置由二套空分装置09、10单元（含一套共用 后备贮存系统）和一套空压站组成。以下内容均以 09单元为例；
❖ 五、增压透平膨胀机（CRYOSTAR）： 主要由增压机（C3420）和膨胀机 （X3420）、润滑油系统组成。主要是 将循环氮气压缩机抽出来的一小段氮气 压缩制冷。为装置提供冷量。
❖ 增压机末端冷却器 E3421 (立式管壳式 结构，冷却水走管程，冷却壳侧的来自 增压机出口的氮气，冷却后的气体进入 主换热器)
❖ 1.氧气产品
❖ 液氧泵 P3656 （一用一备，一台运行时，另一台在线冷 备）作用：将主冷器底部液氧经泵压缩，进主换热器复热 后出冷箱，送入管网
❖ 2、低压氮气产品
❖ 氮气压缩机 C1761 (杭州杭氧透平机械)：为整体齿轮式 逐级压缩，逐级冷却等温型压缩机，由一电机带动。压缩 机的防喘振控制通过差压和流量的关系进行防喘振控制， 由于气体出口后未经末端冷却器冷却，只能通过放空管路 来进行。压缩机高速轴承均配置相互的两中测振探头，推 力方向配置了轴位移探头。主要是将来自低压力塔顶部的 低压纯氮气经过连续压缩，压缩至氮气产品所需的压力 0.6MPa 。
❖ 二、空气预冷：由空冷塔（E2416）、水冷 塔(E2417)、冷冻机(K2476)及水泵 (P2467A/B)等 组成
❖ 空冷塔 E2416 （为散堆填料塔，分上、下 两个床层）空冷塔的作用：压缩后的空气在 空冷塔中以对流形式被两层喷冷却水冷却和 清洗。在底部，空气被循环冷却水预冷，在 顶部空气被来自水冷塔和冷冻机的冷冻水进 一步冷却；压缩空气中可溶于水的化学杂质 也被下落的冷却水清洗吸收。
空分流程及设备结构原理
检修车间学习材料（一）2008年4月目录第一章空分工艺流程简介一、基本原理二、工艺流程简介第二章单元设备简介一、汽轮机部分1. 凝汽器2．抽气器3．排汽安全阀4．汽轮机主体汽缸蒸气室导叶持环转子前支座推力轴承径向轴承调节气阀二、离心氮气压缩机1．性能数据2．压缩机型号的意义3. 定子及其组成4. 转子及其组成5. 支撑轴承6. 止推轴承7. 联轴器8. 润滑油系统三、换热器1. 固定管板式换热器2. U型管换热器3. 填料函式换热器4. 浮头式换热器附录图第一章空分工艺流程概述一、基本原理干燥空气的主要成份如下: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: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。
二、工艺流程简介(本厂空分工艺流程详见附图)本空分装置采用分子筛吸附净化、空气增压、空气增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔、上塔采用规整填料塔、带粗氩塔、产品氧采用液氧泵内压缩的工艺流程。
空分工艺培训教程
空分工艺培训教程一、空分工艺的基本原理空分工艺是通过分子筛、冷凝器、填料板塔等装置，将空气中的氮气、氧气和其他气体分离并提纯的一种技术。
它是利用不同气体的沸点差异，通过加压和降温的方式将气体进行分离和提纯。
这一技术主要由压缩、冷却、膜分离和吸附等工艺步骤组成。
二、空分工艺的主要设备1. 压缩机：将空气进行压缩，提高气体的密度和压力，为后续的分离工艺提供条件。
2. 冷凝器：通过降温，将气体中的水蒸汽和其他杂质冷凝成液体，从而实现气体的提纯。
3. 分子筛：利用分子筛的微孔结构，根据气体分子的大小和极性进行分离，达到分离氮气和氧气的目的。
4. 塔设备：填料板塔或者填料塔是利用填料的表面积，通过空气在填料层的冲刷和液体的覆盖，实现气体的分离和提纯。
三、空分工艺的操作步骤1. 空气的压缩：将空气通过压缩机进行压缩，提高气体的密度和压力。
2. 冷凝分离：将压缩后的气体通过冷凝器进行降温，将其中的水蒸汽和其他杂质冷凝成液体。
3. 分子筛分离：利用分子筛的微孔结构，将氮气和氧气根据其分子大小和极性进行分离。
4. 塔设备分离：通过填料板塔或者填料塔的工作原理，将氮气和氧气进一步分离和提纯。
四、空分工艺的应用领域空分工艺广泛应用于石油、化工、医药等领域，主要用于工业气体的制备和提纯。
例如，空分工艺可以生产高纯度氧气和氮气，用于钢铁冶炼、化工生产以及医疗设备等领域。
此外，空分工艺还可以生产氩气、氦气等稀有气体，用于激光切割、气体焊接等高端应用。
五、空分工艺的优缺点1. 优点：空分工艺可以实现气体的高效分离和提纯，生产出高纯度的工业气体，广泛应用于各个领域。
同时，空分工艺还可以回收和利用废气，有效减少对环境的污染。
2. 缺点：空分工艺的设备投资和能耗较高，需要耗费大量的能源和材料。
同时，空分工艺的操作复杂，需要高水平的技术人员进行操作和维护。
六、空分工艺的发展趋势随着工业化和科技的不断发展，空分工艺也在不断进行改进和创新。
2011空分工艺及控制介绍
空分工艺及控制介绍一、空分工艺简介空分设备，顾名思义，就是将空气分离的装置。
其主体设备有：空压机、空冷塔、水冷塔、分子筛吸附器、分馏塔（膨胀机、增压机、换热器、主塔、氩塔）、氧压机和氮压机，它们的作用分别是：空压机：压缩空气。
空冷塔：冷却水、冷冻水两级制冷，使压缩空气冷却。
水冷塔：为空冷塔提供冷冻水。
分子筛：净化空气，除去空气中的乙炔、碳氢化合物、CO2等膨胀机、增压机：制冷。
分馏塔：使氧、氮、氩、液空分离。
氧压机：将产品氧气压缩成高压氧。
氮压机：将产品氮气压缩成高压氮。
按工艺可把一套空分流程分为空压机系统、预冷系统、纯化系统、膨胀机系统、换热系统、分馏系统、氩系统、氧压机系统、氮压机系统和调压系统这几部分（其中氩系统、氧压机、氮压机和调压系统根据行业和需求不同而有所取舍。
另外，袋式过滤器、液氧贮存有时也作为单独的流程图画面来监控）。
其流程示意图（主线）如下：过滤压缩冷却净化分馏空气空压机预冷系统纯化系统分馏塔系统氮气氮压机高压氮氧气氧压机高压氧氩气原料空气由吸入塔吸入，经滤清器去除灰尘和机械杂质，在空压机中被压缩至0.55Mpa、100℃左右，压缩空气经空冷塔洗涤冷却至8～10℃，然后进入自动切换使用的分子筛吸附器，以清除H2O、CO2和C2H2，出分子筛的空气经过滤器除去分子筛粉尘后分成三路：一路进入分馏塔中，空气经过主换热器与返流气体换热，被冷却至液化温度（－173℃）并有少量气体液化，这些气液混合物一起进入主塔的下塔。
另一路空气作为膨胀气体，经增压机增压并经冷却器冷却后也进入主换热器与返流气体换热。
这部分空气被冷却后从主换热器中部抽出去膨胀机，膨胀后的空气进入热虹吸蒸发器，在热虹吸蒸发器内被从主冷引出经循环吸附器吸附的液氧冷却至液化温度，进入上塔中部，部分液氧复热汽化后夹带液氧返回主冷，形成液氧自循环，进一步除去液氧中的碳氢化合物。
第三部分少量空气去仪表空气系统，作为仪表气。
在下塔，空气被初步分离成氮和富氧液空，在塔顶获得99.99%N2的气氮，进入主冷与液氧换热冷凝成液氮，部分液氮回下塔作为下塔的回流液，另一部分液氮，经过冷器过冷后分成两股，绝大部分节流后进入上塔顶部，作为回流液，少量去精氩塔顶冷凝器作为冷源。
空分工艺、设备基础知识(图文示例)资料
固体吸附剂吸附原理 吸附：当流体与多孔固体接触时, 流体中某一组分或多
个组分在固体表面处产生积蓄, 此现象称为吸附。吸附 过程是非均相过程，一相为流体混合物，另一相为固 体吸附剂。
18
吸附是由于吸附力的存在而产生的, 吸附力是分子间的 作用力, 它与气体分子、吸附剂分子的本身性质有关。 分子筛有晶格筛分的特性, 气体分子的平均直径必须小 于其微孔的直径, 才能抵达吸附表面。利用这种筛分的 特性, 可有效分离气体混合物。当吸附剂吸附饱和后, 就要在低压高温条件下进行再生。再生越完全, 再工作 时吸附效果就越好。
乘以系数1.12 即空分装置设计O2：
4
空分装置产品参数
产品 高压氧气 高压氮气 低压氮气
液氧
液氮
产量Nm3/h （正常工况）
纯度
82,000 3000 34,000
99.6 O2 ≤5ppm O2 ≤5ppm O2
99.6 O2
1000
≤5ppm O2
压力 MPaG
8.7
6.6
1.0
能进 贮槽
能进 贮槽
19
经空冷塔冷却后的空气一般在15 ℃温度下进入分子筛 吸附器内被吸附净化。水分、乙炔和二氧化碳都是极 性或不饱和分子。分子筛对它们有很强的亲和力。分 子筛共吸附性能使它可以在吸水的同时还可以吸附其 他物质, 这种亲和力的顺序是: 水分> 乙炔> 二氧化碳。
20
(3)空气被冷却到液化温度 空气的冷却是在主换热器中进行的，在主换热器中，
空气被来自精馏后的返流产品气体和污氮气冷却到接 近液化温度，产品气体及污氮气则被复热到接近常温。
21
（4）冷量的制取 为了确保和维持装置正常生产运行所需的热量平衡，
空分设备知识介绍
空分设备是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备，广泛应用于传统的冶金、新型煤化工、大型氮肥、专业气体供应等领域。
简单来说就是空分的系统流程包括：•压缩系统•预冷系统•纯化系统•换热系统•产品送出系统•膨胀制冷系统•精馏塔系统•液体泵系统•产品压缩系统我们按照空分系统流程对设备进行一一介绍：有自洁式空气过滤器、汽轮机、空压机、增压机，仪表气压缩机等。
万等级以上双层，6万等级以上三层布置；一般单台压缩机需要单独布置过滤器，同时布置在上风口。
对工质做功的型式。
汽轮机一般常用的有三种形式：全凝、全背压和抽凝，较为常用的是抽凝。
产能耗低2%左右，投资高80%；空压机采用出口放空，不设置回流管路，一般有最小吸入流量防喘振要求，采用入口导叶进行流量调节，进口国产机组均是四级压缩三级冷却（末级不冷却）。
主空压机配备一套水洗系统，用以冲洗各级叶轮和蜗壳表面沉积物。
该系统随主机成套。
（5）增压机一般大型空分装置投资采用单轴等温型离心压缩机和齿轮式离心压缩机两种，其中齿轮式在能耗上占较大优势，尤其压比较大的工况。
（6）仪表气压缩机一般有三种形式：无油螺杆机，活塞式和离心式。
由于活塞式和离心式天然无油，所以不需要除油装置，只需要配套干燥装置（除水）和精密过滤器（除固体颗粒）即可；而螺杆机一般有有油和无油然后除油两种，喷油螺杆机需要设置除油装置，同时需要设置精度非常高的除油过滤器，以满足工艺要求，这种机型的优势是价格较便宜；无油螺杆采用干转子或者水润滑，这种机型优点是绝对不含油，缺点是价格较贵。
气量500Nm³/h以下适合选活塞式；气量在2000Nm³/h以下适合选螺杆机或活塞机；气量在2000Nm³/h以上即三种机型都可以选，气量大时离心式压缩机较有优势，其易损件较少，同时好维护，性价比较高。
仪表压缩机在开车时使用，正常运行后由分子筛纯化器后抽取。
空分工艺、设备基础知识(图文示例)
空分工艺流程与设备
自洁式空气过滤器的功能： 空气中杂质与灰尘被带进透平压缩机，会引起工作伦
和叶片及导流器的磨损加剧，被带到冷却器中会造成 表面污染，导致传染系数下降，阻力增加。
53
空分工艺流程与设备
54
空分工艺流程与设备
自洁式过滤器特点 1、 过滤器阻力小（0.3~0.8kpa） 2、 适应性广，反吹耗气少（仅为 0.1~0.5m3/min） 3、 占地面积小，结构简单、防腐性能好、日常维护量小 4、 过滤效率高，平均过滤效率对 1um 粒子而言可达 99.5%以上。
33
空气分离理论基础
热力学基本定律 1、热力学第一定律 功和热量能相互转化。 理想绝热条件下，空分装置透平膨胀机对外做功等于
进、出口的焓差。 L0=i1-i2 L0: 对外做功 i1/i2:出口焓值/进口焓值
34
空气分离理论基础
热力学第二定律 热不可能自发的、不付代价的从一个物体传给另一个
16
空气分离理论基础
（2）空气中水分和二氧化碳的清除 加工空气中的水分和二氧化碳由于凝固点较高，在进
入空分装置低温设备后将会形成冰和干冰，堵塞低温 设备的通道，而影响空分装置的正常工作。为此需要 利用分子筛纯化器预先把空气中的水分和二氧化碳清 除掉。进入分子筛纯化器的空气温度约为8℃，出纯化 器的空气温度由于分子筛吸附而产生的吸附热约上升 到14℃左右。
空气及其组成气体的性质 空气是一种多组分混合气体，其主要组成是氧、氮、
氩、二氧化碳，还有微量的稀有气体、甲烷及其他碳 氢化合物等。此外，空气中还有少量而不定的水蒸气 及灰尘等。
O2
N2
Ne
Kr
He
Ar
28
空气分离理论基础
空分工艺技术简述
空分工艺技术简述一、空分工艺技术概述❝空分装置主要是由空气过滤和压缩系统、氮气压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、空气增压膨胀、带粗氩塔的分馏系统及液体贮存系统等部分组成。
❝空压站提供开工时装置的仪表空气、工厂空气。
❝正常状态下仪表空气、工厂空气由空分装置提供。
❝空分装置设计规模：❝--产品氧气8.5MPa 42000 Nm3/h❝--产品氧气0.45MPa 200 Nm3/h❝--中压氮气0.45MPa 11000 Nm3/h❝--高压氮气 6.0MPa 33000 Nm3/h❝--液氮0.5MPa(饱和) 350 Nm3/h❝--仪表空气0.7MPa 3000 Nm3/h❝--工厂空气0.7MPa 3500Nm3/h❝--事故氮气0.7MPa 300 Nm3/h❝装置的操作负荷70%-110%。
.二、空分工艺流程的作用❝空分装置为煤气化装置提供高压氧气、低压氮气；为合成氨装置提供低压氮气、液氮，为全厂提供合格的仪表空气和工厂空气。
同时把氮气加压为气化装置提供事故氮气，并为合成氨装置配氮提供气源。
❝开车工况下，空压站向空分和锅炉提供合格的仪表空气。
.三、空分装置特点❝采用内压缩空气膨胀流程。
❝空分装置采用液氧内压缩、空气膨胀流程，即采用增压空压机+液氧泵+空气增压透平膨胀机并通过换热器系统的合理组织来取代外压流程氧压机。
针对用氧压力高，装置规模大的特点，选择这一流程是最安全可靠的，同时也是经济合理的，其主要原因有：安全性好、可靠性高、操作维护方便、投资成本低、配置更合理、占地面积小。
四、空气的物理性质❝1．温度❝温度是描述空气冷热程度的物理量。
❝2．压力❝空气的压力就是当地的大气压，用符号p表示。
❝3．湿度❝空气湿度是指空气中含水蒸气量的多少。
❝4．比焓❝空气的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓，工程上简称焓。
❝5．密度和比容❝空气的密度是指每立方米空气中干空气的质量与水蒸气的质量之和，用ρ表示，单位为kg/m3。
空分工艺流程简介
设备紧凑，能耗低，操作简便。但膜材料性能要求较高，分离效率受膜材料影响较大。
03
空分设备组成及功能
空气压缩机
01
将大气中的空气吸入并进行压缩，提高空气的压力 和温度。
02
为后续的冷却、纯化和分离过程提供必要的动力。
03
通常采用多级压缩和级间冷却的方式，以提高压缩 效率和降低能耗。
冷却器与纯化器
原理
空分工艺主要基于空气中氧气、氮气等组分的沸点不同，通过精馏方法将其分 离。在低温条件下，空气被液化后送入精馏塔，经过多次部分汽化和部分冷凝， 实现各组分的分离。
空分工艺应用领域
冶金工业
用于高炉富氧炼铁、炼 钢吹氧等，提高产量和
降低能耗。
化学工业
石油工业
医疗保健
作为合成氨、合成甲醇 等化工过程的原料气。
分离过程
精馏塔分离
利用精馏塔中的温度梯度和浓度梯度，使空气组分在塔内多次部分汽化和部分冷凝，实现氧气、氮气等组 分的分离。
冷凝蒸发法
通过冷凝器将空气液化后，利用不同组分的沸点差异进行分离。液氧在冷凝蒸发器中蒸发，同时吸收热量， 使液氮冷凝成液体，从而实现氧氮分离。
产品输出与储存
产品输出
将分离得到的氧气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ氮气等产品通过管道 输送至用户端或储存设备。
再生技术
采用加热、减压等方法对 吸附剂进行再生，恢复其 吸附性能。
膜分离法关键技术与参数
膜材料选择
选用具有高渗透性、选择 性和稳定性的膜材料，如 有机膜、无机膜等。
膜组件设计
通过合理的膜组件结构设 计和优化，提高膜分离效 率。
操作条件
控制适当的操作温度、压 力和膜两侧浓度差，以实 现目标组分的有效分离。
空分气化工艺及设备简要介绍2003
空分：从大气中抽出空气进行低温分离制取氧气和氮气，氧气 供气化反应用，氮气用于系统及管线吹扫等。 气化：原料煤通过棒磨机，制成合格的料浆后，通过高压煤浆 泵加压送入气化炉，与氧气在气化炉反应室内发生气化反应， 生成以CO、H2和CO2为主要成分的粗煤气。 变换：CO与H2O在变换触媒、高温等作用下反应生成CO2和 H2,也就是将CO变换成CO2，从水出提出H2。 低温甲醇洗：利用低温甲醇在低温下对CO2和H2S等酸性气良 好的吸收能力，对CO2和H2S等酸性气进行脱除，使变换气得 到净化，送到F-T合成单元。 F-T合成：将低温甲醇洗来的合成气在一定压力及温度下与触 媒反应生成合成油及合成水。 油品加工：合成油进入油品加工装置加氢后生成柴油、石脑油 和干气。 脱碳：合成尾气经脱除CO2 后再经油吸收装置进一步吸收后 生产液化石油气。 PSA制氢：贫气进入制氢工段将产出的氢气返回油品加工，尾 气作为燃料输出
煤、石油、天然气是目前工业生产的三种主要 能源。我国是一个富煤、贫油、少气的国家，所以 发展煤化工，对我国国民经济的发展具有举止轻重 的作用。 煤化工目前的发展方向主要有煤制合成氨、煤 制甲醇、煤制烯烃、煤制油、煤制气等。对于煤化 工来讲，前段工序：空分、气化装置必不可少。
动力与净化
制冷与热交换
精馏
储存输送
空气压缩机 低温透平 主压缩机
MP LP MP
LOX
精馏塔
空气 热交换器 1
MP HP MP
LIN
LOX
空气预冷
LIN
空气纯化 液氧泵
低温储罐 液氮泵
空分流程方框图
空压机
预冷系统
纯化系统
增压机
精馏系统
热交换器