全液体空分工艺流程说明

全液体空分工艺流程说明

液体空分设备通常是指以直接生产液氧、液氮产品的空分设备，这种空分设备一般不生产或少量生产气体产品。

为了要获得大量的液氧和液氮产品，目前大致有二种方法：一是先生产气态产品，然后再根据需要采用液化装置将气态产品液化，这种方法能耗相对较高；另一种方法是直接采用液体空气设备生产液氧和液氮产品，与前者相比该法能耗较低，液体空分设备从流程的组织上来看可以视为是常规气态产品空分设备和液化装置的二者结合体，因此其流程要相对复杂一些。为了降低液体空分设备产品的中耗，应根据用户提出的需求条件，在工艺流程的组织上要进行多个方案的技术比较。

目前液体空分设备根据工作压力的等级不同，一般可分为低压循环和中压循环二大类，在低压循环中按照制冷系统的组织方式不同又分成带增压透平膨胀机制冷和带增压透平膨胀机加低温予冷机制冷的二种流程。在中压循环流程中因采用的制冷循环工质的不同一般分成空气循环和氮气循环，同样在中压循环中按照制冷系统的组织方式不同也分成带增压透平膨胀机加低温予冷机制冷和带高、低温增压透平膨胀机制冷的二种流程。

液体空气设备流程的选择应根据用户提出的液体产品产量、纯度、品种等要求，来选择和确定液体空分设备的工艺流程、单元设备的结构形式和组织方式。一般来说液氧产量小于1000Lh的属小型液体空分设备，目前多数是采用全低压(1.OMPa)利用空气循环制冷的工艺流程。因为液体产量较小，同时为简化流程，达到操作方便，一般在流程中原料空气和制冷循环空气可由一台压缩机提供。这种流程单位产品能耗较高。

当液体产品在2000-3000m立方/h(折成气态)以上时，将属于中大型液体空气设备，由于液体产品数量加大，要求装置必须提供更多的冷量。而在低压流程中气体的液化是通过相变过程来实现的，因为工作压力低，气体膨胀产冷量小，最终气体液化率低，那么为要获得大量的冷量就必须大幅度的提高循环空气量，这样会造成单位产品能耗的大幅度升高。因此在工艺流程上必须由低压循环改为中压制冷循环，由于气体液化工作压力的提高，其相应的液化温度也随之提高，那么单位气体液化所需的冷量就会减少，当气体液化压力超过其临界压力而温度低于临界温度时，气体液化过程中就不存在等温的冷凝过程，而是直接变成液体，这样就能减少中压流程中的循环气量，使单位液体产品能耗大大的降低，这正是中压流程为什么经济性好的重要原因。在中大型液体空分设备中原料空气部分采用低压(0.6MPa)，而循环气体为中压(压缩机压力为 2.5-3.OMPa),即分为空气循环和氮气循环二种。关于在制冷循环中如何确定膨胀机的台数和运行方式及其参数，这将取决于用户提供的要求。下面将对儿种工艺流程在组织中的技术问题进行分析讨论。

低压小型液体空分设备工艺流程

现对国内已开发成功的小型全低压液体空分设备在流程组织上的一些技术特点作一分析。

本设备是采用低压带增压透平膨胀机及空气制冷循环的工艺流程。空气经空气过滤器被透平空压机压缩至1.0MPa(G)压力，经末级冷却器冷却后将全部空气送入增压机中增压，经增

压后的空气分别在予冷机组和分予筛纯化器中予冷、净化，然后进入主换热器中冷却。当空气被低温返流气体冷却到某一温度时，空气全部从主换热器中抽出送入低温予冷机组中冷却，冷却后再将全部空气返回主换热器中继续冷却，在达到某一温度后空气被分成二部分大部分空气进入透平膨胀机膨胀制冷，膨胀后的低压空气返回主换热器，经回收冷量后送入空气透平压缩机入口循环使用；另一部分空气继续在主换热器中冷却，在达到一定含湿量时进入下塔。空气在双级精馏塔内精馏最终获得液体氧(氮)产品，液体产品直接排放至冷箱外的液体。贮槽内液体产量不大时，虽然应用全低压流程是合理的、可行的，但是单位产品能耗相对较高。因此当采用这种流程时必须设法降低能耗，为此在该流程中采用了以下几项提高其经济性的措施：

(1)采用全部空气进行增压，该法优于仅对膨胀部分空气进行增压的方法，因为这不尽提高了膨胀前空气压力，更重要的是提高了入塔部分空气的压力，由于入塔空气压力的提高，入塔空气的露点温度即液化温度也相应提高，从而可以提高膨胀前空气的温度，这有利于提高单位膨胀空气的制冷量。如果装置所需的冷量一定时，膨胀空气量就能减少，最终使总的加工空气量下降，经计算分析其能耗一般可下降约2％。

(2)采用常温和低温二级予冷的方法，提高了有效能的利用，从计算得知入塔空气的液化率会有较大幅度的提高，单位液体产品的能耗一般可下降2-3%左右。

(3)流程中采用了全部加工空气先经增压再进入予冷机组和分予筛纯化器的方法，由于工作压力升高，二机组的体积尺寸和分予筛吸附剂用量都将会相应减少，同时又选用了空气下进下出内加温节能型结构的分予筛纯化器。

(4)冷箱内采用先进的保温措施。

另外在这一流程的设计和选择中，曾考虑到空气从压缩机出来去增压的过程中，当环境温度过低时，管道内空气会发生机械水析出影响增压机叶轮寿命的问题。如改用压缩后的空气先经予冷、净化后再去增压或对膨胀部分的空气进行增压的方案，可避免这一问题发生，但经计算分析比较认为后者方案存在以下缺点：a)会引起加工空气和膨胀部分空气入塔温度升高；b)如仅对膨胀

部分空气增压会造成二股入塔空气温度不一致，同时换热器面积加大通道结构相对复什c)予冷、净化机组尺寸，分予筛吸附剂用量相应加大；d)操作不便，单位液体产品能耗高，最终没有被采用。

为了防止带压空气去增压的过程中，因环境温度过低会有机械水析出损坏增压机叶轮的问题，除在流程中增设特殊的水分器外，在工艺配管上又作了多项改进，这一设备在实际运行中，曾因环境温度变化出现过机械水析出，但由于所采用的措施正确，避免了机械水损坏增压机叶轮的问题。经实际运行考验情况良好，备项技术经济指标在同类产品中处于领先水平，这些技术在小型液体空分设备上的应用成功，具有一定的技术创新。

中压空气循环膨胀制冷流程

目前中大型液体空分设备的需求量在不断增长，对于以液氧产品为第一工况的液体空分设备，应用空气循环流程是比较合适的，因为这种流程不仅可以获得液氧和部分液氮产品外，还可以最大限度的提取液氩产品。在中压空气循环流程中，膨胀制冷系统的组织方式现一般