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空气分离的方法
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空气中的主要成分是氧气、氮气、氩气、二氧化碳以及 一些其它气体和杂质。它们在空气中分别以分子的状态存在, 数目非常多，并且永不停息地作无规则的运动，均匀地相互 搀混在一起，要将它们分开，目前主要有三种方法：低温法、 吸附法、膜分离法。空气中主要组分的性质如下：
名 化 称 学 符 号 氮 N2 氧 O2 沸点℃ 熔点℃ 101.325KPa 101.325KPa 密度 Kg/m3 气体 1.25 1.43 Kg/l 液体 0.81 1.14 临 界 点 ℃
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组成空分装置的几个系统
• • • • • • • • • • • • • • 整个空分装置必须解决以下几个问题： 一、 如何清除空气中的杂质； 二、 如何为装置提供带压的空气； 三、 如何将空气冷却到液化温度； 四、 如何将空气分离成氧、氮； 五、 如何将产品送到用户； 六、 如何控制制氧过程中的正常进行。 为此，空分装置中相对应的建立了以下几个系统： 一、 杂质的清除系统（空气过滤器和纯化系统）； 二、 空气加压系统（空压机及增压机系统）； 三、 空气的冷却和液化系统（预冷系统和膨胀机、换热器系统）； 四、 空气的精馏系统（分馏塔系统）； 五、 产品的输送、贮存系统（压氮系统和液体贮存系统）； 六、 仪电控制系统。
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装置的流程形式
• 空分的设备采用的是单泵内压缩、空气增压循环、膨胀空
气进下塔的内压缩流程。
• 空分装置流程主要分外压缩、内压缩 • 外压缩就是利用氧气压缩机将空分装置出来的低压产品氧气压缩至 用户所需要的压力等级。 • 内压缩是采用液氧泵对产品液氧进行压缩，然后换热汽化的一种流 程形式。 • 内压缩流程分类 内压缩流程的形式比较多，根据流程形式大致分为三种： 1、单泵、双（多）泵内压缩流程。 2、空气增压循环和氮气增压循环。 3、膨胀空气进上塔和膨胀空气进下塔。 • 内压缩流程的优点 1、取消了氧压机，无高温气氧，火险隐患小，安全性好。 2、从主冷大量抽取液氧，使碳氢化合物的积聚的可能性降低。
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• 多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度也 能不断的增加.这样经过多次的蒸发与冷凝就能完成整个精馏过程, 从而将空气中的氧和氮分离开来。
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2、吸附法：
原理：利用分子筛对不同的分子具有选择性吸附的特点，有 的分子筛（如5A、13X等）对氮具有较强的吸附性能，让氧分子通 过，可得到较高纯度的氧气；有的分子筛（碳分子筛等）对氧具 有较强的吸附性能，让氮分子通过，可得到较高纯度的氮气，从 而实现空气的分离。但吸附法目前的氧气纯度只有93%左右。
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净化后的空气分为两股：一股进入低压板式换热器，与返流的气 体换热后出换热器底部后进入下塔；另一股去空气增压机。 进入空气增压机的空气经增压机第一段增压后分为两股：一股直 接出增压机，经后过冷器冷却后进入膨胀机的增压风机中增压，然后 被冷却器冷却至常温后进入高压板式换热器，再从高压板式换热器中 部抽出进入膨胀机去膨胀。膨胀后的空气送入下塔。 另一股空气在增压机的第二段继续增压并经后冷却器冷却至常温 后进入高压板式换热器，与高压液氧及返流污氮气体换热。这部分高 压空气从换热器底部抽出经节流进入下塔。 空气经下塔初步精馏后，获得液空和污液氮，并经过冷器过冷后 节流进入上塔。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，并经液 氧泵压缩后进入高压板式换热器，复热后出冷箱，进入氧气管网。另 抽取液氧送入液氧贮存系统。 在下塔顶部获得纯液氮，送入液氮贮存系统。
原理：它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过 薄膜或中空纤维膜时，氧气穿透过薄膜的速度约为氮的4-5倍，从 而实现氧、氮的分离 。膜分离的富氧浓度只能达到28～35%O2 。 目前应用较多的是低温法（又叫深度冷冻法）。它的优点： 生产量大，产品纯度高，电耗低且可得到液态产品，故应用广泛。
• 3、膜分离法：
作用：吸附空气中水分、乙炔、 CO2及一些碳氢化合物。 结构：卧式圆筒体，内设支承 栅架。 使用方式：由于分子筛的吸附 特性将空气中的水份、乙炔、 CO2等吸附，后被高温气体 反向再生。分子筛吸附器成 对交替使用，一只工作时， 另一只被再生。
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设置此系统的必要性
• 空气是多组分组成，除氧气、氮气等气体组分外，还 有水蒸汽、二氧化碳、乙炔及少量的灰尘等固体杂质。 • 这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会到来 较大危害，固体杂质会磨损空压机运转部件，堵塞冷却器， 降低冷却效果；水蒸气和二氧化碳在空气冷却过程中会冻 结析出，将堵塞设备及气体管道，致使空分装置无法生产； 乙炔进入空分装置后会导致爆炸事故的发生，所以为了保 证制氧机的安全运行，清除这些杂质是非常有必要的。
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一、除尘的方式： 1、过滤除尘：使含尘气体通过滤料，将尘粒分 离捕集。 2、惯性除尘：是使气流进行急剧的方向改变， 借尘粒本身的惯性力作用将其分离。 3、离心力除尘：使含尘气体作旋转运动。 4、洗涤除尘：液滴、液膜、气泡、粘附。 5、静电除尘。 二、过滤器的分类： 空气过滤器可分为干式或湿式两种。干式过滤 器属于表面式过滤器，靠织物网眼阻挡尘粒；湿式 过滤器靠油膜粘住灰尘。
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KDON-48000/80000型 空分装置简易流程
• 空气
高压氧气4.7MPa
低压氮气去水冷塔 污氮气去水冷塔 污 氮 气 去 分 子 筛
粗氩气
压力氮气去压缩机
蒸 冷 塔 分子筛 下 塔
主冷
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流程叙述
• 本 装置为分子筛净化空气、空气增压、膨胀空气进下塔、氧气 内压缩流程，带中压空气增压透平膨胀机，采用规整填料上塔、增 效氩塔工艺。 原料空气自吸入口吸入，经自洁式空气过滤器除去灰尘及其它 机械杂质。过滤后的空气进入离心式空压机，经原料空气压缩机压 缩后进入空气冷却塔冷却。冷却水为经水冷塔冷却后的水。空气自 下而上穿过空气冷却塔，在冷却的同时，又得到清洗。 经空冷塔冷却后的空气进入切换使用的分子筛纯化器，空气中 的二氧化碳、碳氢化合物和水分被吸附。分子筛纯化器为两只切换 使用，其中一只工作时，另一只再生。纯化器的切换周期约为480 分钟，定时自动切换。
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原料空气压缩机和增压空气压缩机
•
原料空气压缩机 和增压空气压缩机均 采用离心式压缩机， 由透平蒸汽轮机驱动。 原料空气压缩机的作 用是为装置提供带压 原料气，增压空气压 缩机的作用是为装置 提供膨胀及液氧气化 的气源。
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原料空气压缩机
空压机为水平剖 分外挂悬臂蜗室结 构，第一级叶轮外 挂悬臂，入口处带 有可调进口导叶， 第二、三、四级叶 轮与一级叶轮同向 布置，一、二、三 级后均设内置式中 间冷却器。
-195.8 -183
-209.86 -218.4
-147 -119
氩 Ar
-185.7
-189.2
1.782
1.4
-122
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•
1、低温法：
并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化，再进行精馏， 从而获得所需要的氧气、氮气及其它稀有气体的过程。具体原理 为空气经过增压膨胀对外作功处于冷凝温度,当穿过比它温度低的 氧、氮组成的液体层时,由于气、液之间温度差的存在,要进行热 交换,温度低的液体吸收热量开始蒸发,其中氮组分首先蒸发,温度
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3、预冷系统
• 空气冷却塔 • 作用：把空压机出来的 高温气体（<116℃）冷 却到17℃ • 结构：填料塔 • 使用方式：空气从空冷 塔下部进入，在填料表 面与自上而下流过的冷 却水和常温水进行热质 交换，使空气冷却并洗 除空气中的一些有害杂 质，冷却水来自水冷塔。
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4、 纯化系统
分子筛纯化系统
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自洁式过滤器
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2、空压机及增压机系统
原料空气压缩机和 增压空气压缩机
作用：提供带压原料空气 结构：成套进口德国曼透平公司的产 品，由汽轮机拖动两台离心式压 缩机 空压机排气量：251 000Nm3/h, 0.595MPa(A) 增压机 一级: 6 一段：25 二段：83 流量 压力 000Nm3/h,0.80MPa(A) 000Nm3/h,2.82MPa(A) 000Nm3/h,7.30MPa(A)
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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。
大唐阜新能源化工工程 有限公司
空分工艺
制作单位：生产技术部
2011年12月
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目
• • • • • •
录
一、概述 1、空分的含义 2、空气分离的方法 二、空分装置的流程和特点 1、装置的流程 2、按流程的顺序分别介绍各个系统 三、空分设备的安全规定及一些事故案例
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一、概述
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空分的含义
• 空分的含义：空分，顾名思义即空气的分 离，是利用不同的方法将空气中的各组分 分离开来，从而获得所需要的氧气、氮气 及一些稀有气体的过程。
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增压空气压缩机
型式： 整体齿轮式 进入空气增压机的空气经增压机 第一段增压后分为两股：一股直接出 增压机，经后冷却器冷却后进入膨胀 机的增压风机中增压，然后被冷却器 冷却至常温后进入高压板式换热器， 再从高压板式换热器中部抽出进入膨 胀机去膨胀。膨胀后的空气直接送入 下塔。另一股空气在增压机的第二段 继续增压并经后冷却器冷却至常温后 进入高压板式换热器，与高压液氧及 返流污氮气进行换热。这部分高压空 气从换热器底部抽出经节流进入下塔。