新型高純氮設備的技術研發(fā)和應用.pdf

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1、開封黃河空分集團有限公司(河南475004)彭輝張西成王好民葉楠【摘要】簡單介紹了制氮設備的傳統(tǒng)工藝流程形式以及最新開發(fā)的節(jié)能流程，主要系統(tǒng)配套設備新技術的應用?！娟P鍵詞】高純氮制氮流程流程組織一、前言1978年，我國第一臺低溫精餾法制氮空分設備在開封誕生，經過30多年的發(fā)展，高純氮制取技術已經比較成熟。隨著社會經濟的發(fā)展，近年來高純氮設備的應用領域不斷擴展，而且對節(jié)能降耗提出更高的要求。如何提高產品的提取率，降低裝置的運行能耗，成為空分廠家孜孜不倦的追求。根據(jù)用戶不同的產品需求和不同的地理環(huán)境條件，采取不同的工藝流程組織形式，進行針對性的設計制造，努力挖掘了設備運行的節(jié)能潛

2、力。下面介紹低溫精餾法制氮設備的特點及在傳統(tǒng)低溫精餾法制取高純氮工藝的基礎上自主研發(fā)的最新一代制氮工藝流程。二、傳統(tǒng)制氮工藝流程形式傳統(tǒng)的低溫精餾法制氮的流程形式，可分為單級精餾廢氣膨脹流程和單級精餾空氣膨脹流程兩種。1．廢氣返流膨脹循環(huán)制氮流程這種單塔的廢氣膨脹循環(huán)是美國聯(lián)合碳化物工業(yè)氣體公司50年以前開發(fā)的，廣泛用于生產能力低于6000Nm3／h氮氣生產，流程如圖l所示。42；G。。M．。B喇i。11．。i。ilmll2叭4年第4期圖1單級精餾廢氣返流膨脹循環(huán)制氮流程注：圖中AF為空氣過濾器，AC為空氣壓縮機，SL為消聲器，EH為加熱器，E1為主換熱器，E2為過冷器，cl

3、為精餾塔，ET為透平膨脹機。原料空氣經空氣過濾器除去空氣中的灰塵和雜質，然后被壓縮機壓縮至所需要的壓力后，再經預冷系統(tǒng)降低空氣溫度后，分離掉游離水后進入純化系統(tǒng)，去除H：O、CO：、C2H：及其他碳氫化合物。凈化后的空氣進入分餾塔，經主換熱器與返流之廢氣及氮氣進行換熱而冷卻到飽和溫度，進入精餾塔下部參加精餾。在分餾塔頂部得到高純氮氣，底部得到富氧液空。塔底的富氧經過冷后節(jié)流進入冷凝蒸發(fā)器與氮氣相變換熱，氮氣被冷凝成液氮，大部分返回精餾塔作為塔的回流液參與精餾，小部分作為液氮產品送出。液空被蒸發(fā)作為廢氣，廢氣由冷凝蒸發(fā)器頂部引出經過冷器、主換熱器復熱后去透平膨脹機膨脹，給裝置補

4、增冷量，膨脹廢氣經主換熱器復熱至常溫后出分餾塔，部分作為純化系統(tǒng)再生耱脅規(guī)加用“通一．洲工“紀蠆魏礎石麗熙SL氣，其余放散。產品氮氣從精餾塔頂引出，經主換熱復熱至常溫送出。廢氣返流膨脹循環(huán)氮氣壓力在0．45～0．9MPa，產品氮氣出冷箱后直接送給用戶使用。氮氣產品提取率一般為45％～58％；當?shù)a品壓力低于0．45MPa時，由于空氣供給的壓力不可能使裝置產生多余的冷量，因而沒有液氮產品。當?shù)a品壓力升高時，空氣供給的壓力足以使裝置產生多余的冷量，因而可使5％～10％的產品氮氣液化。2．空氣正流膨脹循環(huán)制氮流程當用戶要求氮氣產品壓力低于0．35MPa時，一般選用空氣正流膨脹流程

5、。該流程所需要的冷量由正流空氣到膨脹獲得，并將膨脹空氣送入精餾塔底部參加精餾。流程如圖2所示。EH純化系統(tǒng)冀ACAF鶩n笆F吖H!=E1C1圖2單級精餾空氣膨脹循環(huán)制氮流程空氣正流膨脹循環(huán)氮的提取率為58％～64％，提取率比廢氣膨脹循環(huán)高，因為其精餾塔壓力明顯低，這使得與原料空氣相平衡的富氧液空由于相對揮發(fā)度的提高而具有較高的含氧量。氮產品的壓力為0．175～0．35MPa。提高空氣壓縮機的排氣壓力可以提高透平膨脹機的壓比，從而提供更多的冷量。多余的冷量可以使3％～6％的氮氣產品液化。三、黃河空分開發(fā)的新工藝循環(huán)市場的需求和技術的進步促使制氮空分迅速發(fā)展，黃河空分集團不斷研發(fā)

6、的低溫工藝循環(huán)以參與激烈的市場競爭。1．三塔精餾廢氣膨脹循環(huán)帶部分氧產品的制氮流程當用戶要求氮氣產品壓力低于0．35MPa，并有部分氧產品需求時，采用三塔精餾廢氣膨脹循環(huán)，這種以抽取冷凝蒸發(fā)器液空作純氧塔原料進而制取氧產品的流程，使得冷凝蒸發(fā)器液空氧含量降低，傳熱溫差減小，同比空氣正流膨脹流程空壓機組排氣壓力低，能耗低。流程如圖3所示。圖3三塔精餾廢氣膨脹循環(huán)帶部分樣產品的制氮流程三塔精餾廢氣膨脹循環(huán)氮的提取率為58％～64％，氮產品的壓力為0．2～O．35MPa。生產部分氧產品，純度t>99．6％0：，也可以生產低純度氧產品。2．雙塔精餾的超低壓制氮流程這種流程是雙塔制氮工

7、藝的改進，目的是使氮產品提取率最大化，空氣壓縮機組排氣壓力降低，最大限度地節(jié)能降耗。流程如圖4所示。這種裝置將氧組分作為廢氣排出，降低了冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度，降低空壓機組排氣壓力，使裝置在超低壓下運行，有效的改善能耗指標。雙塔循環(huán)氮氣壓力在10～40kPa，氮氣產品提取率一般為90％～95％；可提取1％～2％的液氮產品。配置氮氣壓縮機組以獲得不同壓力等級的氮氣，這種流程適用于大干5000Nm3／h氮氣產量的制氮裝置。黃河空分用這種工藝循環(huán)生產25000Nm3／h、35000Nm3／h、65000Nm3／