空分制氧工艺流程

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浅谈深冷空分制氧纯化系统分子筛设备故障与优化

浅谈深冷空分制氧纯化系统分子筛设备故障与优化摘要：随着社会经济的飞速发展，我国大型冶金行业、石油燃气化工行业也在朝着更加壮大更加环保的方向发展，从而带动了空分行业的发展壮大。

目前低温法-深冷空分制氧工艺逐渐完善。

为了能够适应节能环保型社会的发展，分子筛的性能也要不断提升，以便保证空分塔的稳定性。

针对纯化系统中分子筛容易出现的问题也要给予高度的重视，并对其故障能够进行及时优化处理。

本文对深冷空分系统中分子筛常见故障以及维修方法做出了探讨。

关键词：空分塔；分子筛；纯化系统；故障空分是通过一定的方法，将空气进行深度冷冻，然后利用各气体沸点的不同，逐步分离出氧气、氮气和一些稀有气体的一整套设备。

其中，深冷空分制氧设备中的重要净化、精馏设备为分子筛及空分塔。

空气在空分塔中进行换热、冷化、净化、分离等步骤，其稳定性对空分质量有着重要的作用。

所以，面对深冷空分塔所发生的故障，要对其进行及时维修，以保障深冷空分塔的正常运行。

一、深冷空分原理及深冷制氧气和氮气流程1.1.深冷空分原理深冷空分的原理是将空气作为原料，对其进行压缩、净化、热压缩等处理后把空气液化，而空气液化后的产物主要是氧气和氮气的混合物，随后再利用液氧和液氮沸点的不同，经过精馏，从而最终获得氧气和氮气的过程。

1.2.深冷空分制氧工艺流程深冷空分制氧气和氮气工艺流程，首先就是要把空气中含有的杂质进行过滤处理，然后将处理后的空气送入空气压缩机，经过压缩机给予的压力后，再将空气送入到空气冷却器，经过冷却后再送入分子筛中，从而去除空气中的水分以及其它成分；其次将净化后的空气送入空分塔中的主换热器中，而将其余气体进行冷却处理至饱和，再送入精馏塔底部，最后在空分塔顶部得到氮气、中部得到液氧、底部得到液空。

污氮气从上塔上部复热引出、氮气从上塔顶部复热引出，一部分作为分子筛吸附器的再生气体和冷却冷却塔中外界水，另一部分作为密封气和生产氮气储存。

最后，液态空气在经过节流后被送入冷凝蒸发器进行蒸发处理，同时冷却被精馏塔送出来的部分氧气，经透平氧气压缩机压缩后储存供生产，达到用户单位压力和高纯度要求；另一部分则成为成品液氧被分离出空分塔，将空分塔分离出来的液氮进行存贮，当空分设备进行检修时，贮槽内的液氧经液氧泵进入汽化器内，经过水浴式汽化器加热后的氧气被送入氧气储罐供用户单位生产需用。

典型空分工艺流程的比较

流程Ｉ
流程ＩＩ
’、
流程ⅡＩ
空压机功率（Ｋｗ）空压机水耗（ｔ／ｈ）增压机功率（Ｋｗ）增压机水耗（ｔ／ｈ）循环氮压机功率（Ｋｗ）循环氮压机水耗（ｔ／ｈ）氧压机功率（Ｋｗ）氧压机水耗（ｔ／ｈ）
６６１０
～～、、、、＼＼７＼５＼０
２９２０
３６０
６８４０７５０４２００５２０２６３０
～、、＼３２＼０
１０Ｉ
行业发屎篇
艺要求。调节阀、分析仪可选用国产质量较好的产品。（４）典型产品实例：衡水“１８００”空分、淮北深冷气体“１８００”空分、青岛气能“３２００”空分。（５）适用行业：气体公司（６）装置优缺点：优点是装置启动时间短，可以在８小时以内完成，氩产品提取率高，与流程
Ⅱ相似。
纛卜竺标三、技术指标比较以上三大类流程形式的空分装置消耗指标如下表
●’●ｑ＾Ｉ＂ｔｌ一芷Ｉ¨ｔ●●●■●一ｈｌ＇ｌｍ点●相■哺ｔｉｌｌｔＴＩＩＩｔｌＩ●＿口－ＨＣ仃● ＩｔＭ．口ｔ●ｋ●—’Ｈ●－●
图３全液体工艺流程
（２）技术指标气氧产品：
１５０００Ｎｍ３／ｈ
９９．６％０２
液氧产品：
２５０Ｎｍ３，Ｈ
９９．６％０２
氮气产品：
１５０００～３００００Ｎｒｎ３／ｈ
图１外压工艺流程
图２内压工艺流程１．流程Ｉ：（１）流程特点：该流程采用全低压流程形式，空气增压膨胀机制冷；膨胀空气进上塔；全精馏
行业发展篇
制氩；产品氧及产品氮采用氧压机及氮压机加压。由于该流程采用了膨胀空气进上塔，为了保证上塔有比较好的精馏工况，对这部分未经初步精馏的空气有一个限制，一般限定在加工空气量的１２％左右，这样就限制了整套空分装置的产冷量，最终会限制装置的液体产品产量。在保证产品氧提取率的前提下，液体产品产量达氧产品产量的５％左右。同时这部分未经初步精馏空气进入上塔后会使上塔的精馏工况变差，氩的提取率将会受到很大的影响，这种流程氩产品提取率一段在７０％左右。

空气分离的几种主要技术

空气分离的几种主要技术变压吸附（PSA）空气分离技术自世界上第一套变压吸附制氧设备用于废水处理出现来，PSA工艺得到了迅猛的发展，相继用于提取氢气、氦气、氩气、甲烷、氧气、二氧化碳、氮气、干燥空气等应用中。

与此同时，各种吸附剂品种和性能也得到显著的提高。

随着吸附剂性能和品种不断提高，新的纯化分离技术被用于优化的吸附工艺。

变压吸附制氧工艺经历了超大气压常压解吸流程到穿透大气压真空解吸流程。

吸附床数量也有数床转化到双床直至单床。

使流程更实用经济。

1.变压吸附工艺一般包括以下四个步骤：（1）原料空气通过吸附床的入口端，在高吸附压力下选择吸附氮气（根据生产气而定），而未被吸附的产品（氧）从吸附床的另一端释放出来。

（2）吸附床泄压到较低的解吸压力，解吸出来的氮气从吸附床的进料端排出。

（3）通过引入吹除气进一步解吸被吸附的氮气。

（4）吸附床重新增压到较高的吸附压力。

在一个周期内按照上述顺序重复操作并随后按需补入原料气即可继续得到产品气。

2.VPSA双床制氧工艺过程简介, 双床VPSA制氧工艺流程简图1 -12所示。

系统包括一台空气增压机，内装高效吸附能力的合成氟石分子筛，切换阀门一套，真空泵一台，富氧缓冲罐一台以及计算机控制系统。

该装置在一个循环周期内大致经历（1）吸附床以某一中间压力增压到高的吸附压力。

（2）在较高吸附压力条件下，从吸附床进料端引入原料空气并从吸附床出口端流出很少被吸附的富氧产品气。

（3）顺放（或均压）用吸附床产品端释放出来的气体对系统中的另一初始压力较低的吸附床充压至某一中间压力。

（4）逆流泄压到较低的解吸压力，吸附床内废气从原料进口端释放出来。

（5）接着，吸附床被均压到前面所说的某一中间压力，均压气流经吸附床产品端，它来于系统中另一初始压力较高的吸附床。

1进口过滤器2空气压气机3冷却器4真空泵5、6吸附床7储气罐8备用液态氧9氧压机10负载跟踪装置11计算机控制和分析装置12远程控制中心图1-12双床流程简图此外，在每只吸附床的相同部位对床层内温度进行监测，以便跟踪每个床内的温度曲线。

空分车间生产工艺与原理

空分车间生产基本工艺与原理1、空分综述1.1、空气及空气分离空气存在于我们地球表面，属典型的多组分混合物，主要成分有氮气、氧气及惰性气体，按体积含量计，氧气占20.95%、氮气占78.09%、氩占0.932%，此外还有微量的氢、氖、氦、氪、氙、氡，以及不定量的水蒸汽及二氧化碳。

在标准状况下，空气液化温度为87.7K。

空气分离是指把空气通过一定的方法分离出氧气、氮气和惰性气体的过程。

目前分离的方法主要有深冷法、变压吸附法、膜分离法，它们各有自己的优缺点。

变压吸附法、膜分离法主要用于低纯度、小型空分设备；焦炉煤气制合成氨项目用产品气量大且纯度要求高，故采用深冷法。

深冷法基本原理是：将空气液化后，根据各组份沸点不同，通过精馏将各组分进行分离。

空气分离的主要产品为氧气及部分氮气。

1.2、空分装置简介1.2.1.装置特点我公司选用了由开封黄河制氧厂生产的第六代空分装置，流程上采用全低压、外压缩，不提氩的结构。

主要特点：⑴采用带自动反吹的自洁式空气过滤器，保证了运行周期及运行效果；⑵预冷系统利用多余的污氮气及氮气对水进行冷却，降低冷水机组热负荷，减小冷水机组功率选型，不但节能且充分利用了富余气体干基吸湿潜热；⑶采用分子筛吸附，大大简化空气净化工艺，延长了切换周期，减少加工空气切换损失。

利用分子筛所具有的选择性高吸附率，提高了净化效果，减少碳氢化合物、氮氧化物及二氧化碳进入液氧的量，确保主冷的安全同时延长装置大加温周期；⑷采用增压机制动的透平膨胀机，提高单位气体制冷量，减少膨胀空气对上塔精馏段的影响，优化了精馏操作；⑸分馏塔下塔采用高效塔板，上塔采用规整填料，降低精馏塔操作压力，提高了塔板和填料的精馏效率，保证了氧的提取率、降低制氧单耗；⑹设置液氧贮槽及汽化系统，加大主冷液氧排放量，杜绝碳氢化合物、氮氧化物及二氧化碳在液氧中析出，最大限度保证主冷安全。

液氧汽化系统为空分装置短停时系统用氧提供了方便，确保后工段工艺连续，减少后工段开停车损失；⑺装置采用DCS集散控制系统，使操作更加方便和稳定。

空分制氧空气预冷却系统

第二章空气预冷却系统空气预冷系统是空气分离设备之配套系统，它是串接于空气压缩机系统和分子筛吸附系统之间，旨在降低进分子筛纯化器的空气温度，来减少空气的含水量，并通过水洗涤除去大部分水溶性有害物质，以保证分子筛纯化器的安全工作。

一、空气预冷系统的工艺流程及原理图1是空气预冷系统的流程简图。

从空气压缩机来的热空气进入空冷塔下部，由下而上穿过空冷塔中的下段、上段填料，依次与冷却水和冷冻水进行微分式逆流接触而传热传质，达到冷却空气之目的。

冷却水由外界供给，冷冻水由水冷塔塔底供应。

来自冷箱的污氮进入水冷塔的底部，自下而上同冷却水在填料表面进行微分逆流接触，使污氮升温增湿后排入大气。

对于空冷塔，当进塔的热空气为不饱和状态，进塔水温低于进塔空气的露点时，经过塔内的气液逆流接触，空气为减湿降温过程，传热方向都是由空气传给水；而水的出塔温度将可能高于进塔空气露点时，塔底的传质是由水传给空气，而塔顶的传质是由空气传给水，故在全塔内传质方向是不同的。

在改变传质方向的塔截面处，水温将等于空气露点。

对于水冷塔，当未饱和的冷污氮从塔底进入，与塔顶加入的热水逆流接触时，污氮在塔内被加热增湿，水在塔内被冷却。

在塔顶，污氮被加热的极限是进塔水表面的饱和湿污氮状态。

实际上，由于存在传递阻力，污氮出塔温度将低于进塔水温，故进塔水的温度与其表面上的饱和湿度必然大于出塔污氮的温度和湿度。

于是塔顶的传热和传质都是从水传给污氮。

在塔底，水被冷却的极限是污氮进塔状态下的湿球温度，而实际出塔水温要高于湿球温度。

但因进塔污氮是未饱和的，湿球温度低于污氮温度，故出塔水温将有可能低于进塔污氮温度。

在此情况下，塔底的传热由污氮传给水，而传质仍然是水传给污氮。

从而可知在全塔内，传质方向都是由水传给污氮，故污氮在塔内是增湿过程；而传热方向是不同的，在塔内某一截面处改变传热方向，此处的污氮温度等于水温，但在全塔内仍是冷却过程。

在空气或污氮与水直接接触的增湿与减湿过程可以看出，在气、液两相之间同时发生热量和质量传递。

空分工艺流程

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二、我公司配套的空分装置的流程和特点
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我公司采用的空分装置特点
• 本界区空分装臵共三期六套，其中主精馏塔由杭州杭氧股份公司制造，单套空分装臵制氧能力48,000Nm3/h，制氮能力 80000Nm3/h，同时副产工厂空气、仪表空气、液氮和液氧。 • 本装臵生产的纯度为99.8%的氧气主要供下游气化装臵使用，作为气化炉的原料气参加反应； • 纯度为99.99%的氮气供下游工艺生产使用，作为保护气和吹扫用气； • 副产的工厂空气、仪表空气供所有化工区各分厂和正常生产动力车间生产装臵使用，作为仪表气源和吹扫用气。
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在下塔顶部抽取压力氮气，经低压板式换热器复热后出冷箱，进入氮气管网。从上塔中部抽取一定量的氩馏份送入增效粗氩塔，氩馏份经增效粗氩塔精馏后得到粗氩气。粗氩气经过低压板式换热器复热后出冷箱，可以与污氮气汇合去水冷塔也可以单独作为粗氩气产品。从上塔顶部抽取低压纯氮气经过冷器、低压板式换热器复热后送入水冷塔或送入用户管网。从上塔上部引出污氮气经过冷器、低压板式换热器和高压板式换热器复热出冷箱后分成两部分：一部分进入分子筛系统的蒸汽加热器，作为分子筛再生气体，其余污氮气去水冷塔。
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•
2、干式过滤器 1）卷帘式过滤器也叫干带式空气过滤器。它由一个电动机变速传动，随着灰尘的积聚，空气通过干带的阻力增大，当超过规定值时，带电接点的差压计将电机接通，使干带转动。当阻力恢复正常后，即自动停止转动。 2）袋式过滤器空气从顶部进入，经分配器后进入袋内，经滤袋过滤后由下部流出。积聚在袋上的灰尘由反吹风机吹落，当灰尘在滤袋上积累到阻力达980Pa时，反吹罗茨风机及反吹环自动启动，反吹空气通过胶皮软管进入反吹装臵，并设有限位开关，能上下来回移动。主要用于北方，因南方空气湿度大，灰尘粘在布上，很难除去。 3）脉冲式过滤器，又叫自洁式过滤器，结构：由高效过滤筒、文氏管、自洁专用喷头、反吹系统、控制系统等组成。使用方式：在吸气负压作用下，空气穿过高效过滤筒，粉尘由于重力、静电和接触被阻留。这种过滤器适用于尘量较大的地区，过滤效率高且便于维护。我们选用的就是这种．

制氧工艺流程

1.氧气和氮气的生产原料空气自吸入塔吸入,经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。

空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.52MPa左右,经空气冷却塔预冷，冷却水分段进入冷却塔内，下段为循环冷却水，上段为低温冷冻水。

空气经空气冷却塔冷却后降至约10℃,然后进入切换使用的分子筛吸附器，空气中的二氧化碳,碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。

分子筛吸附器为两只切换使用,其中一只工作时另一只再生，纯化器的切换周期为240分钟。

空气经净化后，分为两路：大部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮等）换热达到接近液化温度约-173℃进入下塔。

另一路空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-105℃时抽出进入膨胀机膨胀制冷，然后入上塔参加精馏同时补充冷量损失。

在下塔中，空气被初步分离成氮和含氧38-40%的富氧液空（下塔底部），顶部生成的氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液氮，同时主冷的低压侧液氧被汽化。

部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出，经过冷器中过冷后经节流送入上塔中部作回流液和粗氩塔Ⅰ冷凝器冷凝侧的冷源。

下塔底部的富氧液空引出后经节流降温送入上塔做为回流液参与上塔精馏。

氧气从上塔底部引出，并在主换热器中与原料空气复热后出冷箱进入氧气压缩机加压后送往用户。

污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，大部分作为分子筛的再生气体（用量约21000/h）。

小部分进入水冷塔中作为冷源冷却循环水。

氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，经氮气压缩机加压后送往用户。

产品液氧从主冷中排出送入液氧贮槽保存。

从液氧贮槽中排出的液氧，用液氧泵加压后的进入汽化器，蒸发成氧气然后进入氧气管网送用户。

2、氩气的生产精液氩是采用低温全精馏法制取的。

从上塔相应部位抽出氩馏分气体约18000m3/h，含量为8~10％（体积），含氮量小于0.06％（体积）。

氩馏分直接从粗氩塔Ⅱ的底部导入，粗氩塔Ⅱ上部采用粗氩塔Ⅰ底部排出的粗液氩作为回流液，作为回流液的粗液氩经液氩泵加压后直接进入粗氩塔Ⅱ上部。

psa制氧原理

psa制氧原理
PSA（Pressure Swing Adsorption）制氧是一种常见的空分技术，用于从空气中分离出富氧气体的方法。

以下是PSA制氧的基本原理：
1. 原理概述： PSA制氧利用吸附剂（通常是分子筛）对气体分子的选择性吸附作用，通过调节压力的变化来实现气体的分离。

在空气中，氧气和氮气是主要组成成分，而二氧化碳、水蒸气等杂质含量较低。

2. PSA制氧过程： (a) 压缩空气进料：将空气通过压缩机进行压缩，提高气体分子的密度和压力。

(b) 压缩空气预处理：通过冷却和除湿等处理方式，降低空气中的水蒸气和杂质含量，以防止对吸附剂产生不良影响。

在一定压力下，吸附剂选择性地吸附氮气分子，而氧气则通过吸附剂层进入出气管道。

(d) 洗脱阶段：当吸附塔吸附剂饱和后，降低吸附塔的压力，称为减压。

减压会导致吸附剂释放吸附的氮气分子，将其排出系统。

(e) 再生阶段：为了恢复吸附塔的吸附能力，需要通过向吸附塔提供一定的反压或进行真空抽取，以去除吸附剂中残留的氮气分子，使其再次具备吸附氧气的能力。

(f) 氧气收集：在吸附阶段的另一吸附塔上进行类似的操作，将其吸附的氧气收集起来，供应给需要氧气的应用领域。

3. 循环操作：上述步骤是通过对多个吸附塔的交替操作来实现的。

在一个吸附塔进行吸附阶段时，其他吸附塔可以进行洗脱、再生和氧气收集操作，以实现连续的制氧过程。

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空分制氧工艺流程
空分制氧工艺流程是指利用空分设备将空气中的氧气和氮气进行分离的过程。

该工艺是一种常用的工业氧气生产方法，被广泛应用于石油化工、冶金、电力、医药等领域。

空分制氧工艺流程主要包括以下几个步骤：
1. 空气压缩：首先，将大气中的空气通过压缩机压缩到一定的压力。

通常使用多级压缩机进行压缩，以提高效率和节约能源。

2. 空气冷却：经过压缩的空气进入冷却器进行冷却，以减少温度和水分含量。

冷却可以通过冷却水或制冷剂来实现。

3. 空气干燥：为了保证后续分离过程的正常进行，需要将空气中的水分去除。

通常采用吸附式干燥器或冷凝式干燥器对空气进行脱水处理。

4. 空气除尘：由于空气中存在颗粒物和其他固体杂质，为了保护设备正常运行，需要对空气进行除尘处理。

常见的方法包括过滤器、电除尘器等。

5. 空气分离：经过前面的处理，空气进入空分装置，通过分子筛、膜分离或冷却凝结等技术，将空气中的氧气和氮气分离出来。

其中，分子筛是最常用的分离方法，它利用分子筛吸附剂的不同亲和性，将氧气和氮气分别吸附和解吸附。

6. 氧气精馏：分离后的氧气还需要进行精馏处理，以提高其纯
度和质量。

精馏通常采用低温吸附和解吸附的方法，将氧气和其他杂质分离。

7. 氧气压缩：精馏后的氧气通过压缩机进行压缩，提高其压力和浓度。

压缩机通常采用多级压缩，以达到所需的操作压力和流量。

8. 氧气储存：最后，将压缩后的氧气储存到储气瓶或气体储存设备中，以备使用。

储气瓶通常需要经过严格的安全检测和质量控制，确保氧气的安全和稳定供应。

以上就是空分制氧工艺流程的基本步骤。

根据具体生产要求和设备配置的不同，工艺流程可能会有所差异。

但总体来说，通过空气压缩、冷却、干燥、除尘、分离、精馏、压缩和储存等环节，可以实现高纯度氧气的生产和供应。