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二九年八月二十五日空分工艺培训空分工艺培训空分分厂空分分厂张国栋张国栋2009.11空分培训目录空分培训目录一、空气分离的方法一、空气分离的方法二、空气的组成二、空气的组成三、空气分离的基本原理三、空气分离的基本原理四、空分流程的技术发展四、空分流程的技术发展五、大唐克旗空分流程特点五、大唐克旗空分流程特点六、大唐克旗空分装置简介六、大唐克旗空分装置简介七、大唐克旗空分设计原则七、大唐克旗空分设计原则八、空分装置与其它界区的联系八、空分装置与其它界区的联系九、空分主要技术性能指标九、空分主要技术性能指标十、空分工艺流程十、空分工艺流程一、空气分离的方法和原理一、空气分离的方法和原理空分的含义：

简单说就是利用物理或者化学方法将将空气混合物各组空分的含义：

简单说就是利用物理或者化学方法将将空气混合物各组进行分开，获得高纯氧气和高纯氮气以及一些稀有气体的过程。

进行分开，获得高纯氧气和高纯氮气以及一些稀有气体的过程。

空分分离的方法和原理：

空分分离的方法和原理：

空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在，均匀地空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在，均匀地混合在一起，通常要将它们分离出来比较困难，目前工业上主要有混合在一起，通常要将它们分离出来比较困难，目前工业上主要有种实现空气分离方法。

种实现空气分离方法。

）深冷法（也称低温法）：

先将混合物空气通过压缩、膨胀和降温，）深冷法（也称低温法）：

先将混合物空气通过压缩、膨胀和降温，直至空气液化，然后利用氧、氮汽化温度（沸点）的不同（在标准大直至空气液化，然后利用氧、氮汽化温度（沸点）的不同（在标准大气压下，氧的沸点为气压下，氧的沸点为；氮的沸点为；氮的沸点为，沸点低，沸点低的氮相对于氧要容易汽化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与的氮相对于氧要容易汽化这个特性，在精馏塔内让温度较高的蒸气与温度较低的液体不断相互接触，低沸点组分氮较多的蒸发，高沸点组温度较低的液体不断相互接触，低沸点组分氮较多的蒸发，高沸点组分氧较多的冷凝的原理，使上升蒸气氮含量不断提高，下流液体中的分氧较多的冷凝的原理，使上升蒸气氮含量不断提高，下流液体中的氧含量不断增大，从而实现氧、氮的分离。

要将空气液化，需将空气氧含量不断增大，从而实现氧、氮的分离。

要将空气液化，需将空气冷却到冷却到以下的温度，以下的温度，这种制冷叫深度冷冻（深冷）；而这种制冷叫深度冷冻（深冷）；而空气分离的方法和原理空气分离的方法和原理利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、氩的过程称之为精馏过程。

深利用沸点差将液态空气分离为氧、氮、氩的过程称之为精馏过程。

深冷与精馏的组合是目前工业上应用最广泛的空气分离方法；冷与精馏的组合是目前工业上应用最广泛的空气分离方法；）吸附法：

利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性咐附）吸附法：

利用多孔性物质分子筛对不同的气体分子具有选择性咐附的特点，对气体分子不同组分有选择性的进行吸附，达到单高纯度的的特点，对气体分子不同组分有选择性的进行吸附，达到单高纯度的产品。

吸附法分离空气流程简章，操作方便运行成本较低，但不能获产品。

吸附法分离空气流程简章，操作方便运行成本较低，但不能获得高纯度的的双高产品。

得高纯度的的双高产品。

）膜分离法：

利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或）膜分离法：

利用一些有机聚合膜的潜在选择性，当空气通过薄膜或中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度比氮快的多的特点，实现氧、氮的中空纤维膜时，氧气穿过膜的速度比氮快的多的特点，实现氧、氮的分离。

这种分离方法得到的产品纯度不高，规模也较小，目前只适用分离。

这种分离方法得到的产品纯度不高，规模也较小，目前只适用于生产富氧产品。

于生产富氧产品。

二、空气的组成二、空气的组成组分组分氧氧氮氮氩氩氖氖氦氦氪氪氙氙二氧二氧化碳化碳其它其它分子分子式式O2N2ArNeHeKrXeCO2氮氧氮氧化物化物水水体积体积含量含量20.9378.030.9321.51.810-34.65.310-41.0810-4810-60.03重量重量含量含量23.175.61.2861.210-3710-3310-4410-50.046气体气体密度密度1.4291.2501.734.沸点沸点182.97195.79185.86246.08268.938153.4108.1178.44（升）（升）空气的组成空气的组成氧、氮、氩和其他物质一样，具有气、液和固三态。

在常温常压下它氧、氮、氩和其他物质一样，具有气、液和固三态。

在常温常压下它们呈气态。

在标准大气压下，氧被冷凝至们呈气态。

在标准大气压下，氧被冷凝至1818，氮被冷凝至，氮被冷凝至11，氩被冷凝至，氩被冷凝至1818即会变为液态，氧和氮的沸点相差即会变为液态，氧和氮的沸点相差，氩和氮的沸点相差，氩和氮的沸点相差，空气的分离就是充分利用其沸点的，空气的分离就是充分利用其沸点的不同来将其进行分离。

不同来将其进行分离。

空气中除氧、氮和氩外，还有氖、氦、氪、氙等稀有气体，这些稀有空气中除氧、氮和氩外，还有氖、氦、氪、氙等稀有气体，这些稀有气体广泛应用在国防、科研及工业上，稀有气体的提取也直接关系到气体广泛应用在国防、科研及工业上，稀有气体的提取也直接关系到空分装置氧气的提取率和生产运行能耗。

目前大型的空分装置都普遍空分装置氧气的提取率和生产运行能耗。

目前大型的空分装置都普遍带无氢制氩工艺。

带无氢制氩工艺。

三、空气分离的基本原理三、空气分离的基本原理空气分离的基本原理就是利用低温精馏法将空气冷凝成液体空气分离的基本原理就是利用低温精馏法将空气冷凝成液体（空气冷空气冷凝温度凝温度）,）,然后按各组分蒸发温度的不同将空气分离。

然后按各组分蒸发温度的不同将空气分离。

压缩空气除去水分和二氧化碳等杂质后，经热交换系统和增压膨胀机压缩空气除去水分和二氧化碳等杂质后，经热交换系统和增压膨胀机制冷后进入下塔，在塔板上气体与液体接触，由于气、液之间温度差制冷后进入下塔，在塔板上气体与液体接触，由于气、液之间温度差的存在的存在,在进行传热和传质交换时在进行传热和传质交换时,低沸点组分氮吸收热量开始蒸发低沸点组分氮吸收热量开始蒸发,氮组分首先蒸发出来氮组分首先蒸发出来,温度较高的气体冷凝温度较高的气体冷凝,放出冷凝热放出冷凝热,气体冷凝时气体冷凝时,首先冷凝氧组分首先冷凝氧组分.这过程一直进行到气相和液相的温度相等为止这过程一直进行到气相和液相的温度相等为止,也即也即气、液处于平衡状态。

这时气、液处于平衡状态。

这时,液相由于蒸发液相由于蒸发,使氮组分减少使氮组分减少,同时由于同时由于气相冷凝的氧也进入液相气相冷凝的氧也进入液相,因此液相的氧浓度增加了因此液相的氧浓度增加了,同样气相由于冷同样气相由于冷凝凝,使氧组分减少使氧组分减少,同时由于液相的氮进入气相同时由于液相的氮进入气相,因此气相的氮浓度增因此气相的氮浓度增加了加了.多次的重复上述过程多次的重复上述过程,气相的氮浓度就不断增加气相的氮浓度就不断增加,液相的氧浓度液相的氧浓度空气分离的基本原理空气分离的基本原理也能不断的增加也能不断的增加.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。

从而将空气中的氧和氮分离开来。

空气在下塔被初步精馏为气氮、污液氮和富氧液空，以节流阀减压降空气在下塔被初步精馏为气氮、污液氮和富氧液空，以节流阀减压降温后送至上塔作为上塔的回流液，进一步实现精馏，最终在上塔顶部温后送至上塔作为上塔的回流液，进一步实现精馏，最终在上塔顶部得到纯氮气，下部得到合格的液氧产品。

得到纯氮气，下部得到合格的液氧产品。

主冷凝蒸发器是连接上下塔实现精馏过程的纽带，起到承上启下的重主冷凝蒸发器是连接上下塔实现精馏过程的纽带，起到承上启下的重要作用。

根据压力对应液化温度成正比的特性，在主冷凝蒸发器中通要作用。

根据压力对应液化温度成正比的特性，在主冷凝蒸发器中通过液氧将压力氮气冷凝为液氮，为上下塔提供回流液建立精馏工况，过液氧将压力氮气冷凝为液氮，为上下塔提供回流液建立精馏工况，同时主冷氧侧的液氧被蒸发成气氧，进入上塔作为上升蒸气，主冷凝同时主冷氧侧的液氧被蒸发成气氧，进入上塔作为上升蒸气，主冷凝蒸发器换热工况的平衡直接关系到精馏工况的稳定。

蒸发器换热工况的平衡直接关系到精馏工况的稳定。

四、我国空分流程的技术发展四、我国空分流程的技术发展空分设备是由诸多配套部机组成的成套设备，我国空分于空分设备是由诸多配套部机组成的成套设备，我国空分于19531953年起步，年起步，经过多年的发展，从第一代小型空分流程发展到目前的第六代大经过多年的发展，从第一代小型空分流程发展到目前的第六代大型全精馏无氢制氩工艺流程。

每一次空分设备流程的变革和推进，都型全精馏无氢制氩工艺流程。

每一次空分设备流程的变革和推进，都是新技术、新工艺的创新。

透平膨胀机的产生，实现了大型空分设备是新技术、新工艺的创新。

透平膨胀机的产生，实现了大型空分设备全低压流程；高效板翅式换热器的出现，使切换板翅式流程取代了石全低压流程；高效板翅式换热器的出现，使切换板翅式流程取代了石头蓄冷器、可逆式换热器流程，使装置冷量回收效率更高；增压透平头蓄冷器、可逆式换热器流程，使装置冷量回收效率更高；增压透平膨胀机的出现极大的提高了膨胀机的制冷效率并把输出的外功有利的膨胀机的出现极大的提高了膨胀机的制冷效率并把输出的外功有利的得到回收；常温分子筛净化流程替代了切换式换热器，使空分装置净得到回收；常温分子筛净化流程替代了切换式换热器，使空分装置净化系统的安全性、稳定性得到极大提高并使能耗大大降低，随着规化系统的安全性、稳定性得到极大提高并使能耗大大降低，随着规整填料和整填料和低温液体泵在空分装置中的应用，进一步降低了空分设备的低温液体泵在空分装置中的应用，进一步降低了空分设备的能耗，实现了全精馏无氢制氩，使空分设备在高效、节能、安全等能耗，实现了全精馏无氢制氩，使空分设备在高效、节能、安全等我国空分流程的技术发展我国空分流程的技术发展方面取得了进步。

随着计算机的广泛应用，空分装置的自动控制、变方面取得了进步。

随着计算机的广泛应用，空分装置的自动控制、变负荷跟踪调节等变得更为先进。

负荷跟踪调节等变得更为先进。

第一代：

高低压循环，氮气透平膨胀，吸收法除杂质；第一代：

高低压循环，氮气透平膨胀，吸收法除杂质；第二代：

石头蓄冷器，空气透平膨胀低压循环；第二代：

石头蓄冷器，空气透平膨胀低压循环；第三代：

可逆式换热器；第三代：

可逆式换热器；第四代：

分子筛纯化；第四代：

分子筛纯化；第五代：

规整填料，增压透平膨胀机的低压循环；第五代：

规整填料，增压透平膨胀机的低压循环；第六代：

内压缩流程，规整填料，全精馏无氢制氩。

第六代：

内压缩流程，规整填料，全精馏无氢制氩。

五、大唐克旗空分流程特点五、大唐克旗空分流程特点采用常温分子筛净化，清除空气中的有害物质更有效，切换损失小，采用常温分子筛净化，清除空气中的有害物质更有效，切换损失小，装置设计连续运行周期大于二年；装置设计连续运行周期大于二年；采用规整填料上塔替代筛板上塔，使上塔阻力大大降低（只有筛板阻采用规整填料上塔替代筛板上塔，使上塔阻力大大降低（只有筛板阻力的），使空压机的排气压力降低，装置运行能耗下降力的），使空压机的排气压力降低，装置运行能耗下降；空分设备氧的提取率提高，空分设备氧的氧提取率可达空分设备氧的提取率提高，空分设备氧的氧提取率可达，氧，氧气纯度在气纯度在99.899.8以上；以上；精馏采用全精馏无氢制氩技术，氩塔采用规整填料塔，省略了制氢设精馏采用全精馏无氢制氩技术，氩塔采用规整填料塔，省略了制氢设备，流程简化，节省投资和运行费用；备，流程简化，节省投资和运行费用；分子筛纯化系统采用双层床结构，大大延长了分子筛的使用寿命分子筛纯化系统采用双层床结构，大大延长了分子筛的使用寿命大唐克旗空分流程特点大唐克旗空分流程特点和降低了床层阻力，使空分装置的运行更安全可靠；和降低了床层阻力，使空分装置的运行更