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              空分流程可分為幾種?又有什么特點呢?

              2019-12-25 17:35:57 1416

              根據循環增壓機壓縮的介質不同,流程形式可分為空氣循環和氮氣循環。其中空氣循環又分為空氣循環單泵流程(液氧)和空氣循環雙泵流程(液氧和液氮),氮氣循環只有一種形式,即氮氣循環單泵流程。

               

              以下具體簡介三種空分流程型式:


              * 空氣循環單泵流程


              當氣量在8000Nm3/h(30bar時)~20000Nm3/h(80bar時)以上時,氮氣透平壓縮機能夠滿足,流量小壓力高時整機效率較低,流量大時整機效率較高,此時應當采用氮氣外壓縮流程,因為能耗上氮氣外壓縮要較采用內壓縮占較大優勢。


              空氣循環單泵流程中高壓液氧與高壓空氣換熱,液化空氣進塔后大部分為參加精餾,導致這部分空氣當中的氮氣未分離,從而導致下塔氮氣分離量較外壓縮(全氣相進料,外壓縮流程或者氮氣循環單泵流程,液氮回下塔,其相當于全氣相)少20~30%(空氣循環雙泵流程)。所以空氣循環單泵流程的下塔抽氮量較全氣相進料的下塔要少。


              * 空氣循環雙泵流程


              一般氣量在8000Nm3/h(30bar時)~20000Nm3/h(80bar時)以下時,采用氮透無法做,而采用活塞氮壓機則是一方面需要有備機,投資較高,同時備件費用較貴;另一方面維護量較大,長期連續運行可靠性差,許多用戶均不愿選擇此種機型。同時下塔抽氮氣總量未超過氧氣量的1.5倍時,此時采用空氣循環雙泵流程的能耗較低,推薦采用空氣循環雙泵流程。


              空氣循環雙泵流程的液化空氣量大(有高壓氧的復熱空氣和高壓氮的復熱空氣,對精餾的影響較大,尤其下塔抽氮氣量的最大量明顯要小,不能滿足時需要增大空氣量。


              * 氮氣循環單泵流程


              氮氣循環單泵流程從下塔頂部外抽一股壓力氮氣出冷箱,經過增壓后外抽中高壓氮氣產品,同時剩余部分作為增壓復熱與膨脹工質,與中高壓液氧進行換熱的流程。


              氮氣循環單泵流程較空氣循環單泵流程的下塔抽氮量要多20%,氮氣循環單泵流程本質上與外壓縮流程的下塔相同(也為全氣相進料,高壓板式中高壓氮氣與高壓液氧換熱,液化后返回下塔頂部),這對于下塔抽氮氣量大超出最大抽氮限制時要節省不小能耗,但是氮氣循環單泵流程由于換熱器有循環量(增壓和膨脹),二次復熱不足損失,循環量(壓力氮氣)外抽換熱附加能耗(換熱品質差距大),氮氣作為增加復熱和膨脹制冷工質要比空氣差而多增能耗,氮氣膨脹后由于飽和點較空氣低(低4K,膨脹空氣中抽溫度低,這對于換熱是有利的)而產生的換熱器不可逆損失大(膨脹機機后帶液體限制),膨脹空氣中抽溫度低而增強換熱所節省的能耗,同時中高壓產品規格與流程最佳增壓復熱壓力、膨脹制冷壓力的差距大而附加的能耗等各種因素導致氮氣循環單泵流程自身優越性不能體現,有可能導致氮氣循環單泵流程能耗反而要高。


              特點:

              1)對于空氣循環當下塔抽氮氣超過1.5倍的氧氣產品量時,由于破壞正常精餾工況而導致空氣量增大,此時氮氣循環(氮氣循環抽氮氣可達1.8倍,相當于外壓縮下塔,為全氣相進料,高壓氮氣與高壓液氧換熱,相當于部分主冷)更占能耗優勢,能耗增加原因主要是超出下塔抽氮限制,進而導致空氣量增加,能耗增加,對于空氣循環單泵流程優勢不明顯,對于空氣循環雙泵流程優勢較大。


              2)當下塔抽氮氣量不大,流程需要氮透時,如果是蒸汽驅動,還需要投資汽輪機。氮氣循環單泵流程的優勢是能耗相差不多時,投資少一臺氮壓機(蒸汽驅動時還有汽輪機),產品種類多時為多臺(中壓氮壓機,高壓氮壓機),部分產品規格可能量小而無法做,避免下塔抽氮氣量大采用部分高壓氮產品內壓縮(量大時)而導致能耗較氮氣循環高,另外一般需單獨配置儀表氣壓縮機。


              3)采用氮氣循環單泵流程,一方面增壓機流量增大避開機器流量小而效率低的區域,另外當中壓氮氣產品與膨脹空氣27bar越接近(理論上其他壓力也可以中抽),高壓氮氣與高壓氧氣產品的增壓復熱最佳壓力越接近,能耗越小,而偏離越大,能耗越大。


              4)穩定運行方面,氮氣循環的機組需要采用進口多軸機型,投資要較單軸機型略高,單軸機型一般壓力高、末級流量小時也無法滿足,效率較低導致能耗較高,產品壓縮機與增壓機合二為一,可靠性不好,但操作維護量小。


              5)對于氮氣循環所配置的低溫膨脹機最好可以帶液體量7%左右的,這樣較好的平衡了換熱溫差,減小了不可逆損失,從而節省了能耗。對于中抽量大的,需要配置低溫冷氣機組或高溫膨脹機,來使得換熱器熱段溫差減小,不可逆損失減小,從而節省能耗。


              當下塔抽氮氣2倍以上,此時抽氮氣量大,應該選擇配置雙下塔(配置一個氣量占總氣量不小于30%的工作壓力為3bar的高純氮裝置)的空氣循環單泵流程(高純氮裝置冷凝器的液空蒸發氣體進上塔,相當于外壓縮流程上塔),對精餾而言,空氣循環雙下塔單泵流程對氧氮有利而對氬不利。


              2007年開始鋼鐵工業的產能已經趨緩,對空分設備的需求有所下降,這個缺額已經被三大化工,特別是煤化工中煤制油項目的新增需求所填補。例如一個年產油品300萬t的煤制油項目就需要6萬等級空分設備10套左右,其它配套煤化工項目的空分裝置也越來越多,也就是說煤化工項目仍將是空分行業的最大用戶。