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1、大型低溫空分裝置:技術(shù)現(xiàn)狀及前景趨勢中國空分設(shè)備公司摘要:本文結(jié)合大型低溫空分裝置流程的發(fā)展,簡要介紹了幾種常用空分流程的特點(diǎn)、空分流程的發(fā)展趨勢和低溫空分裝置的一些技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展的前景趨勢。關(guān)鍵詞:低溫空分流程;能耗;容量;技術(shù);發(fā)展;趨勢1.引言空氣分離的方法可分為低溫和非低溫兩種,其中非低溫空氣分離方法包括吸附、膜分離、化學(xué)分離法。由于目前在大規(guī)模制取氧、氮?dú)庖寒a(chǎn)品,尤其是在制取高純度產(chǎn)品方面,低溫分離法具有無法取代的競爭優(yōu)勢,而且只有低溫分離法才具有可同時(shí)生產(chǎn)氬或(和)其它稀有氣體產(chǎn)品能力,故低溫法在空氣分離的工業(yè)應(yīng)用中占據(jù)非
2、常重要的地位。1998年杭州第二屆國際低溫與制冷會議上,BOC專家特約作了報(bào)告,指出“3000~4000t/d氧這樣的大型空分裝置,毫無疑問只能使用低溫裝置”。世界科技與經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,各行業(yè)對氧氮?dú)宓男枨蠹痹觯昧吭絹碓酱?,促使空分裝置越造越大?,F(xiàn)國外低溫空分裝置的特點(diǎn)是:●巨型化●填料塔●無氫制氬●內(nèi)壓縮●氣液并產(chǎn)●高自動化●高可靠性●低能耗●長周期低溫空氣分離裝置近十年內(nèi)在技術(shù)上取得了長足進(jìn)步和發(fā)展,氧、氬提取率進(jìn)一步提高,產(chǎn)品單位能耗進(jìn)一步降低,系統(tǒng)可靠性也更有保證。在流程組織、機(jī)器、單元設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化后,空分裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
3、也隨之得到明顯提高??辗衷O(shè)備的發(fā)展歷程,是工藝流程和主要部機(jī)結(jié)構(gòu)不斷革新優(yōu)化的過程,是單位能耗不斷降低的過程。隨著市場競爭的日益激烈,業(yè)主對空分設(shè)備的要求也越來越高,越來越嚴(yán)格,這就要求我們使空分流程和空分設(shè)備達(dá)到最佳化。本文將結(jié)合大型低溫空分裝置流程的發(fā)展,簡要介紹了幾種常用空分流程的特點(diǎn)、空分流程的發(fā)展趨勢和低溫空分裝置的一些技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展的前景趨勢。2.大型低溫空分流程的近況不同的空分流程有不同的特點(diǎn)、不同的適用場合和性能價(jià)格比。產(chǎn)品規(guī)格書是選擇工藝流程的基礎(chǔ),產(chǎn)品種類(O2、N2、Ar、Ke、Xe)、產(chǎn)品狀態(tài)(氣體、
4、液體)產(chǎn)量、壓力、純度、變工況要求等是選擇工藝流程所需要考慮的基本因素。我們知道,一個(gè)工藝流程能否實(shí)現(xiàn),主要取決于三個(gè)方面:●冷量的數(shù)量和質(zhì)量(即冷量的溫度等級)能夠滿足要求;●精餾能夠?qū)崿F(xiàn);●熱交換系統(tǒng)的合理組織,能夠?qū)a(chǎn)品的低溫冷量盡可能轉(zhuǎn)換成同質(zhì)量的加工空氣的低溫冷量,并盡可能減少其不可逆損失。只要解決了上述三個(gè)方面的問題,就可以實(shí)現(xiàn)滿足不同產(chǎn)品規(guī)格書要求的各種工藝流程。當(dāng)然,對于一套空分裝置來說,其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否先進(jìn)和合理,還應(yīng)對阻力、溫差、膨脹機(jī)進(jìn)出口狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行多方案計(jì)算、比較和分析,確定正確合理的參數(shù)匹配,求得最佳的性
5、能價(jià)格比;還應(yīng)解決預(yù)冷、凈化、壓縮、儲存、控制等各方面的問題;還取決于機(jī)器、單元設(shè)備結(jié)構(gòu)、閥門等配套設(shè)備的可靠性和先進(jìn)性。空分流程一般的定性概念是:膨脹空氣進(jìn)下塔的常規(guī)外壓縮流程要高于膨脹空氣進(jìn)上塔的常規(guī)外壓縮流程;膨脹空氣進(jìn)下塔的內(nèi)壓縮流程要高于膨脹空氣進(jìn)上塔的內(nèi)壓縮流程;膨脹空氣進(jìn)下塔的外壓縮流程要高于膨脹空氣進(jìn)下塔的內(nèi)壓縮流程;膨脹空氣進(jìn)上塔的外壓縮流程要高于膨脹空氣進(jìn)上塔的內(nèi)壓縮流程;液氧單泵內(nèi)壓縮流程要高于液氧液氮雙泵內(nèi)壓縮流程(均指空氣循環(huán))。2.1工藝流程的分類◆歐美空分裝置的流程分類(表1)表1:歐美空分流程的分類流程類
6、型具體流程膨脹空氣進(jìn)上塔的空分流程1、常規(guī)流程(國內(nèi)說的第六代空分流程)①2、帶氧氣增壓器的空分流程②3、部分內(nèi)壓縮和氧氣壓縮機(jī)的空分流程③4、內(nèi)壓縮流程④膨脹空氣進(jìn)下塔的空分流程5、氬提取率高、液體產(chǎn)品率高的空分流程6、氬提取率高、液體產(chǎn)品率高帶氧氣增壓器的空分流程7、內(nèi)壓縮流程⑤氮循環(huán)制冷的內(nèi)壓縮空分流程8、氮循環(huán)制冷的內(nèi)壓縮空分流程⑥附注:①國內(nèi)目前常用流程。歐美已經(jīng)很少在15000NM3O2/h容量以上的空分裝置上使用常規(guī)流程;②利用冷凝蒸發(fā)器的位能,使出冷箱氧壓達(dá)0.1--0.2Mpa,降低系統(tǒng)能耗;武鋼30000空分、馬鋼3
7、5000空分、寶鋼72000空分裝置即是此流程。③此流程是法液空專利,液氧被液氧泵壓縮到0.7--1.3Mpa出冷箱,再進(jìn)入氧氣透平壓縮機(jī),適宜于要求高壓產(chǎn)品的用戶;④產(chǎn)品氧氣以3.0Mpa以上壓力出冷箱;⑤有空氣單壓、空氣雙壓、空氣叁壓、氮壓縮多種流程;⑥生產(chǎn)大量高壓氮的空分流程;渭化40000空分即是此流程。◆國內(nèi)空分裝置的流程分類行業(yè)分法:偏重使用的參數(shù)●冶金型:氣氧以0.03Mpa壓力出冷箱,經(jīng)氧壓機(jī)壓縮至3.0Mpa送出;●化工型:液泵將液氧壓至10.0Mpa,復(fù)熱后送出代代分法:偏重流程中某個(gè)局部的改進(jìn),忽視流程整體的改進(jìn)。
8、●第一代:鋁帶盤蓄冷器的高低壓流程;●第二代:鋁帶盤蓄冷器或石頭蓄冷器的全低壓流程;●第三代:帶產(chǎn)品氣盤管的石頭蓄冷器的全低壓流程;●第四代:切換板式主換熱器的全低壓流程;●第五代:分子篩吸附、增壓透平膨脹