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空气分离装置介绍 引言 目前工业空气分离方法主要有:传统的低温深冷技术分离工艺、新兴的非低温分离工艺—膜分离法和变压吸附法。非低温分离工艺操作简单,成本低,但产品产量和质量无法同时保证,不能获得大量的高纯气体产品;低温深冷分离法工艺操作复杂、成本高,但是过程成熟可靠,可连续生产双高产品(高纯氧、高纯氮) ,产品质量和产量稳定,是工业应用的主流。 低温空气分离装置近十几年内在技术上取得了长足进步和发展,氧、氩提取率进一步提高,产品单位能耗进一步降低,系统可靠性也更有保证。在流程组织、机器、单元设备结构改进优化后,空分装置的技术经济指标也随之得到明显提高。空分设备的发展历程,是工艺流程和主要设备结构不断革新优化的过程,是单位能耗不断降低的过程。下面将结合大型低温空分装置流程的发展,介绍几种常用空分流程的特点、空分流程的发展趋势和低温空分装置的一些技术现状及其发展的前景趋势。 1 工艺流程的分类 (1)欧美空分装置的流程分类(见下表) 表 欧美空分流程的分类 流程类型 具体流程 膨胀空气进上塔的空分流程 1. 常规流程①（国内第六代空分流程） 2. 带氧气增压器的空分流程② 3. 部分内压缩和氧气压缩机的空分流程③ 4. 内压缩流程④ 膨胀空气进下塔的空分流程 5. 氩提取率高，液体产品率高的空分流程 6. 氩提取率高，液体产品率高带氧气增压器的空分流程 7. 内压缩流程⑤ 氮循环制冷的内压缩空分流程 8. 氮循环制冷的内压缩空分流程⑥ ①国内目前常用流程。欧美已经很少在15000m3O2/h容量以上的空分装置上使用常规流程。 ②利用冷凝蒸发器的位能，使出冷箱氧压达0.1～0.2Mpa。降低系统能耗；武钢30O00m3空分、马钢35O00m3空分、宝钢72000m3空分装置即是此流程。 ⑤此流程是法液空专利，液氧被液氧压缩机压缩到0.7～1.3MPa出冷箱，再进入氧气透平压缩机，适宜于要求高压产品的用户。 ④产品氧气以3.OMPa以上压力出冷箱 ⑤有空气单压、空气双压、空气三压 氧压缩多种流程。 ⑥生产大量高压氮的空分流程；渭化40O00m3空分即是此流程 (2)国内空分装置的流程分类 1)行业分法：偏重使用的参数：①冶金型：气氧以0.03MPa压力出冷箱，经氧压缩机压缩至3.OMPa送出。②化工型：液泵将液氧压至lOMPa，复热后送出。 2)代分法：偏重流程中某个局部的改进，忽视流程整体的改进。第一代：铝带盘蓄冷器的高低压流程；第二代：铝带盘蓄冷器或石头蓄冷器的全低压流程；第三代：带产品气盘管的石头蓄冷器的全低压流程；第四代：切换板式主换热器的全低压流程；第五代：分子筛吸附、增压透平膨胀机、DCS控制的全低压流程；第六代：规整填料上塔、全精馏制氩的全低压流程；第七代：内压缩流程。 2 膨胀空气进上塔的常规空分流程 此空分流程是采用分子筛净化。增压透平膨胀机制冷、膨胀空气进上塔的常规空分装置，典型的膨胀空气进上塔空分装置工艺流程图见图1，所示其工艺流程特点如下。 图1 膨胀空气进上塔的常规空分流程 1)装置输出的氧气为常压(p=15～20kPa)，需采用氧气透平压缩机将出冷箱的常压氧气 压缩到所需要的压力。 2)氩的提取率取决于进上塔的膨胀空气量。进上塔的膨胀空气量少，氩的提取率高；进上塔的膨胀空气量增大，氩的提取率随之下降；进上塔的膨胀空气量达到某一限制时，氩的提取率将大幅度降低。 3)液体产量受到限制。为了多生产液体，膨胀空气量势必增大，氩的提取率就会降低，这是一对矛盾。当液体产量超过某一界限时会影响氩的提取率，更会使氩的提取率大幅度降低。另外由于上塔对膨胀空气量的限制，膨胀空气要采取旁通，液体产量依靠低压空气膨胀制冷循环获得，能耗很高。 4)氧气提取率可达99％以上，往控制液体产量使进上塔的膨胀空气量小于加工空气量的l 0％以内时，氩的提取率可大于80％，单位制氧+压氧(p=3.OMPa)能耗≤0.568kW.h／m3。 3 膨胀空气进下塔的空分流程 原料空气经预冷后进入纯化器组，在其中除去水分、二氧化碳、乙炔和某些有害组分，然后到膨胀机增压机进行全量增压。增压气经水冷却后进入冷箱主换热器，被返流气体冷却到一定温度后，大部分正流空气进入膨胀机膨胀，提供装置所需要的冷量，少部分在主换热器下部继续冷却，出主换热器后与膨胀后空气汇合，进入下塔参与精馏过程。膨胀空气进下塔的空分流程见图2，其所示其工艺流程特点如下。 图2 膨胀空气进下塔流程示意图 1)原料空气的压力要比常规流程高。根据需生产液体量的多少及膨胀机的效率和增压机的增压比，空气出空透的压力约在0.85～1MPa之间变化。 2)原料空气中的氩基本上都进入液空，然后被送人上塔，因此可以得到很高的氩提取率。根据氧纯度和氧提取率的(现代空分