空分设备流程技术.doc

【论文摘要】回顾了近五十年来我国大中型空分流程技术发展的历程，对七次空分流程优胜劣汰的变革作了评述，阐明了实现我国大中型空分流程再次变革的目标应是进一步提高单元设备部机技术水平、控制水平的节能和智能型的大型内压缩流程。 五十年来，我国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、常温分子筛净化填料型上塔全精馏制氩流程。目前正在实现大型内压缩空分流程的变革，旨在使我国空分设备总体水平能紧跟世界先进水平，服务于广大用户，自立于世界空分之林。 ??? 每次大中型空分流程的变革，都是空分技术不断发展和科研成果相继被采用的必然结果；每次大中型空分流程的变革，都以其独具的技术闪光点将空分设备的技术水准推上了一个又一个新的台阶。以下对大中型空分流程技术的发展历程作一回顾，并就每个流程的优点和不足逐一评述，希望能了解过去，开拓未来，使大中型空分流程的发展迎来一个又一个技术的春天，在技术的百花丛中永葆鲜艳。 1 铝带蓄冷器冻结高低压空分流程(简称第一代空分) ??? 1956年4月，为了适应冶金工业、化肥工业等方面迫切需要大中型空气分离设备的新形势，杭州通用机器厂(杭氧集团有限公司前身)承担了设计试制高低压流程3350m3/h空分设备的艰巨任务，在参观、剖析了吉林化肥厂从苏联进口的3350m3/h空分设备的基础上，通过近两年的努力，于1958年4月30日试制成功第一套3350m3/h空分设备。铝带蓄冷器冻结高低压空分流程(见图1)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、C02碱洗、氨预冷、膨胀制冷、换热、精馏等系统组成。 ??? 主要性能指标： ??????? 氧气：3120m3/h(标态)，99％O2 ??? 氮气：800m3/h(标态)，99．8％N2 1．1 流程特点 ??? (1)加工空气压力分成低压(0．53～0．57MPa)和高压(16~20MPa)两个等级，这是因空分设备的冷量需要而确定的。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C02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1．03~1．04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C02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源不断流人辅助冷凝蒸发器，同时被下塔顶部引入的压力氮气气化成氧气后，导人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)。 A1、A2—乙炔吸附器 AF—空气过滤器 APl、AP2、AP3—碱液泵 APC—空气往复压缩机 APC1、APC2—氨预冷器 ATC—空气透平压缩机 AWC—碱洗塔 C1—下塔 C2—上塔 CS—乙炔分离器 E1、E2—主换热器 E3—过冷器 E4—膨胀前换热器 ET—膨胀机 K1—主冷凝蒸发器 K2—辅助冷凝蒸发器 LAFl、LAF2—二氧化碳过滤器 NPC—氮预冷器 NR1、NB2—氮蓄冷器 ORl、OR2—氧蓄冷器 RPC—馏分预冷器 WC—水冷却器 图1 铝带蓄冷器冻结高低压空分流程图 1．2 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、C02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，给整套空分设备的操作、维护带来诸多不便。 ??? (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％02下降到99％02，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。若用空气作膨胀介质，对膨胀后空气如何处理，没有得到妥善解决，影响了空分流程的组织水平。 ??? (4)氧