制氧工藝流程

1、.1.氧氣和氮?dú)獾纳a(chǎn)原料空氣自吸入塔吸入,經(jīng)空氣過濾器除去灰塵及其它機(jī)械雜質(zhì)?？諝饨?jīng)過濾后在離心式空壓機(jī)中經(jīng)壓縮至0.52MPa左右,經(jīng)空氣冷卻塔預(yù)冷，冷卻水分段進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，下段為循環(huán)冷卻水，上段為低溫冷凍水。空氣經(jīng)空氣冷卻塔冷卻后降至約10,然后進(jìn)入切換使用的分子篩吸附器，空氣中的二氧化碳,碳?xì)浠衔锛皻埩舻乃魵獗晃健７肿雍Y吸附器為兩只切換使用,其中一只工作時(shí)另一只再生，純化器的切換周期為240分鐘?？諝饨?jīng)凈化后，分為兩路：大部分空氣在主換熱器中與返流氣體（純氧、純氮、污氮等）換熱達(dá)到接近液化溫度約-173進(jìn)入下塔。另一路空氣在主換熱器內(nèi)被返流冷氣體冷卻至-105時(shí)抽出進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹

2、制冷，然后入上塔參加精餾同時(shí)補(bǔ)充冷量損失。在下塔中，空氣被初步分離成氮和含氧38-40%的富氧液空（下塔底部），頂部生成的氮?dú)庠诶淠舭l(fā)器中被冷凝為液氮，同時(shí)主冷的低壓側(cè)液氧被汽化。部分液氮作為下塔回流液，另一部分液氮從下塔頂部引出，經(jīng)過冷器中過冷后經(jīng)節(jié)流送入上塔中部作回流液和粗氬塔冷凝器冷凝側(cè)的冷源。下塔底部的富氧液空引出后經(jīng)節(jié)流降溫送入上塔做為回流液參與上塔精餾。氧氣從上塔底部引出，并在主換熱器中與原料空氣復(fù)熱后出冷箱進(jìn)入氧氣壓縮機(jī)加壓后送往用戶。污氮?dú)鈴纳纤喜恳?，并在過冷器及主換熱器中復(fù)熱后送出分餾塔外，大部分作為分子篩的再生氣體（用量約21000/h）。小部分進(jìn)入水冷塔中作為冷源冷

3、卻循環(huán)水。氮?dú)鈴纳纤敳恳?，在過冷器及主換熱器中復(fù)熱后出冷箱，經(jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)加壓后送往用戶。產(chǎn)品液氧從主冷中排出送入液氧貯槽保存。從液氧貯槽中排出的液氧，用液氧泵加壓后的進(jìn)入汽化器，蒸發(fā)成氧氣然后進(jìn)入氧氣管網(wǎng)送用戶。2、氬氣的生產(chǎn)精液氬是采用低溫全精餾法制取的。從上塔相應(yīng)部位抽出氬餾分氣體約18000m3/h，含量為810（體積），含氮量小于0.06（體積）。氬餾分直接從粗氬塔的底部導(dǎo)入，粗氬塔上部采用粗氬塔底部排出的粗液氬作為回流液，作為回流液的粗液氬經(jīng)液氬泵加壓后直接進(jìn)入粗氬塔上部。粗氬自粗氬塔頂部排出，經(jīng)粗氬塔導(dǎo)入，粗氬冷凝器采用過冷后的液空作為冷源，上升氣體在粗氬冷凝器中液化，得到粗液

4、氬和約525 m3/h的粗氬氣（其組成為9899Ar，2PpmO2）。粗氬氣被導(dǎo)入精氬塔中，繼續(xù)精餾；粗液氬作為回流入粗氬塔、。粗氬塔冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)后的液空蒸汽和相當(dāng)于1總液空量的液空同時(shí)返回上塔。粗氬從精氬塔中部進(jìn)入，與此同時(shí)精氬塔蒸發(fā)器利用經(jīng)過過冷的下塔液空作為熱源，促使精氬塔低部的液氬蒸發(fā)成上升蒸汽，而液空節(jié)流后又被送到粗氬塔冷凝器作為冷源。來自過冷器并經(jīng)節(jié)流的液氮進(jìn)入精氬塔冷凝器作為冷源，使精氬塔頂部產(chǎn)生回流液，以保證塔內(nèi)的精餾，使氬氮分離，從而在精氬塔底部得到純液氬。液氬經(jīng)調(diào)節(jié)閥排入液氬貯槽貯存?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中采用的空氣分離方法有三種： (1) 深度冷凍法：先將空氣液化，然后利用液

5、氧、液氮沸點(diǎn)的差異，通過精餾過程，使氧、氮分離，此法在大型空分裝置中最為經(jīng)濟(jì)。并能生產(chǎn)純度很高的氧氮產(chǎn)品。 (2) 變壓吸附法：變壓吸附法制氧或氮是在常溫下進(jìn)行的。其機(jī)理有二條：一是利用沸石分子篩對(duì)氮的吸附親和力高于氧的吸附親和力，以此分離氧和氮；二是利用氧在分子篩微孔中的擴(kuò)散速度大于氮的擴(kuò)散速度。在遠(yuǎn)離平衡條件下分離氧、氮。目前，采用變壓吸附法制取氧或氮的裝置，其容量和產(chǎn)品的純度都受到一定的限制。 例如用該法制氧的裝置，容量一般還不能超過4000Nm3H，純度超不過95；制氮的裝置，容量一般在2000Nm3H以下，純度低于99.5。 (3) 膜分離法：利用高分子聚合薄膜的滲透選擇性，將空氣中

6、的氧、氮組分分離的方法稱為膜分離法用該法生產(chǎn)氧或氮的裝置，容量和純度也都有一定的局限，一般主要用來生產(chǎn)800Nm3h以下，純度低于995的氮?dú)猱a(chǎn)品?？諝庵泻猩倭康乃羝?、二氧化碳、乙炔和碳?xì)浠衔锛吧僭S灰塵等固體雜質(zhì)。如果讓這些雜質(zhì)進(jìn)入空分裝置，將是十分危險(xiǎn)的，固體雜質(zhì)會(huì)磨損器件，尤其威脅高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行，帶入換熱器還會(huì)污染傳熱表面，降低換熱效果；水蒸汽和CO2等在低溫條件下會(huì)相繼凍結(jié)析出，從而堵塞氣體通道及塔板篩孔；乙炔和碳?xì)浠_(tái)物在精餾塔中積聚過量，易引發(fā)爆炸。所以，為提高裝置運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，必須凈化空氣?？諝庵械墓腆w雜質(zhì)通過空氣過濾器過濾去除，微量的氣體雜質(zhì)則通過分

7、子篩吸附去除。制冷過程中冷量的產(chǎn)生是通過節(jié)流或膨脹來獲得。節(jié)流：當(dāng)氣體或液體在管道內(nèi)流過一個(gè)縮孔或閥門時(shí)，使流動(dòng)受到阻礙，流體在閥門處產(chǎn)生漩渦碰撞，摩擦等阻力流體要流過這個(gè)閥門必須克服阻力，表現(xiàn)出在閥門后的壓力比閥門前的壓力要低得多。流體這種由于流動(dòng)遇到局部阻力而造成的壓力有較大降落的過程，通常稱為節(jié)流。從節(jié)流過程看，它是一個(gè)壓力降低的過程，而這個(gè)壓力降低，完全是消耗在克服阻力上，并沒有對(duì)外輸出功。同時(shí)，氣體流過節(jié)流閥時(shí)，由于時(shí)間很短，可以認(rèn)為是一個(gè)絕熱過程。對(duì)流體本身來說，在節(jié)流前后，流體內(nèi)部的總能量保持不變。流體在流動(dòng)過程中，內(nèi)部所具有的能量包括內(nèi)能(分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子相互作用的位能)以

8、及后部流體推動(dòng)前部流體前進(jìn)的流動(dòng)能。這三種能量的總和保持不變。而每一項(xiàng)能量大小在節(jié)流前后是有變化的。當(dāng)節(jié)流后由于壓力降低，氣體體積膨脹，分子間距離增大，則使分子相互作用的位能增加。一般情況下，流動(dòng)能的變化相對(duì)較小。因此，位能的增加，會(huì)造成動(dòng)能的減少。而分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的大小反映出物體溫度的高低。節(jié)流后動(dòng)能減小，所以在一般情況下，氣體節(jié)流后溫度總是降低的，在空分裝置中遇到的均是這種情況。影響節(jié)流溫降效果的因素有： (1)節(jié)流前的溫度：節(jié)流前溫度越低，溫降效果越好。 (2)節(jié)流前后的壓差：節(jié)流前后的壓差越大，溫降效果越好。膨脹：透平膨脹機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式制冷機(jī)械，它是由蝸殼、導(dǎo)流器、工作輪等部分組成。當(dāng)具

9、有一定的壓力的氣體進(jìn)入蝸殼后，被分配到導(dǎo)流器中，導(dǎo)流器上裝有可調(diào)的噴嘴葉片。氣體在噴嘴中將內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換成流動(dòng)的動(dòng)能，壓力、焓降低，流速可增高200米秒左右，當(dāng)高速氣流沖到葉輪的葉片上時(shí)，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過轉(zhuǎn)子的軸驅(qū)動(dòng)增壓器對(duì)外作功。從整個(gè)過程看，氣體壓力降低是一個(gè)膨脹過程，同時(shí)對(duì)外輸出了功。輸出外功是靠消耗了內(nèi)部的能量，反映出溫度降低，焓值減?。阂嗉词菑臍怏w內(nèi)部取走了一部分能量，就是通常所說的制得冷量。 冷量與膨脹前的壓力、溫度及膨脹后的壓力有關(guān)，關(guān)系如下 (1)進(jìn)出口壓力一定時(shí)，機(jī)前溫度越高，單位制冷量越大。因此，當(dāng)裝置要求的總制冷量一定時(shí)，提高機(jī)前溫度，可以減少膨脹量

10、。 (2)進(jìn)口溫度一定時(shí)，與膨脹機(jī)進(jìn)出口壓差有關(guān)，壓差越大，則單位制冷量越大。 (3)與膨脹機(jī)的效率有關(guān)，效率高，制冷量大。精餾原理：精餾塔是一種采用精餾的方法，使各組份分離。從而得到高純度組份的設(shè)備。空氣被冷卻至接近液化溫度后送入精餾塔的下塔，空氣自下向上與溫度較低的回流液體充分接觸進(jìn)行傳熱，使部分空氣冷凝為液體。由于氧是難揮發(fā)組份，氮是易揮發(fā)組份，在冷凝過程中，氧比氮較多的冷凝下來，使氣體中氮的純度提高。同時(shí)，氣體冷凝時(shí)要放出冷凝潛熱，使回流液體一部分汽化。由于氮是易揮發(fā)組份。因此，氮比氧較多的蒸發(fā)出來，使液體中氧純度提高。就這樣，氣體由下向上與每一塊塔板上的回流液體進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，而每經(jīng)過一塊塔板，氣相中的氮純度就提高一次，當(dāng)氣體到達(dá)下塔頂部時(shí)，絕大部分氧已被冷凝到液體中，使氣相中的氮純度達(dá)到99.999。一部分氮?dú)膺M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中，冷凝成液氮作為下塔回流液。同時(shí)上塔底部的液氧汽化，作為上塔的上升氣體，參