文档介绍：深冷液化技术的空气分离
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3种实现空气分离方法。
1)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(在标准大气压下,氧的沸点为﹣183℃;氮的沸点为﹣196 ℃,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﹣173 ℃以下的温度,这种制冷叫深度冷冻(深冷);而
第一节概述
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;
2)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。
3)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。
二、空气的组成
组分
氧
氮
氩
氖
氦
氪
氙
二氧化碳
其它
分子式
O2
N2
Ar
Ne
He
Kr
Xe
CO2
氮氧化物
水
体积含量
~
× 10-3
~
× 10-4
× 10-4
8
× 10-6
重量含量
×10-3
7
× 10-3
3
× 10-4
4
× 10-5
气体密度
沸点
-
-
-
-
-
-
-
- (升)
空气的组成
氧、氮、氩和其他物质一样,具有气、液和固三态。在常温常压下它们呈气态。在标准大气压下,氧被冷凝至-183℃,氮被冷凝至-196℃,氩被冷凝至-186℃即会变为液态,氧和氮的沸点相差13 ℃,氩和氮的沸点相差10 ℃,空气的分离就是充分利用其沸点的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带无氢制氩工艺。
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1953年起步,经过50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
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。
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;
第三代:可逆式换热器;
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;
第六代:内压缩流程,规整填料,全精馏无氢制氩。
三、空气分离的基本过程
从原理上划分空气分离包括下列过程:
1空气的过滤和压缩
2空气中水分和二氧化碳等杂质的去除
3空气冷却和液化
4冷量的制取
5精馏
6危险杂质的去除
三、空分装置类型
跟据冷冻循环压力的大小,空分装置分为高压(7~⒛MPa)、中压(⒈5~)和低压(小于1MPa)