空分技术原理及工艺流程简述

        本文主要介绍常用空气分离的基本原理和技术，工艺流程概括，以及氮气和氧气的物理性质和化学性质。         一、空分工艺技术概述       1、空分装置主要是由空气过滤和压缩系统、氮气压缩系统、空气预冷系统、空气纯化系统、空气增压膨胀、带粗氩塔的分馏系统及液体贮存系统等部分组成。       2、空压站提供开工时装置的仪表空气、工厂空气。       3、正常状态下仪表空气、工厂空气由空分装置提供。       4、空分装置设计规模：       5、--产品氧气        8.5MPa            42000 Nm3/h       6、--产品氧气        0.45MPa            200 Nm3/h       7、--中压氮气        0.45MPa               11000 Nm3/h        8、--高压氮气        6.0MPa                 33000 Nm3/h       9、--液氮              0.5MPa(饱和)         350 Nm3/h       10、--仪表空气        0.7MPa              3000 Nm3/h       11、--工厂空气        0.7MPa                 3500Nm3/h       12、--事故氮气        0.7MPa                 300 Nm3/h       13、装置的操作负荷70%-110%。        二、空分工艺流程的作用        1、空分装置为煤气化装置提供高压氧气、低压氮气；为合成氨装置提供低压氮气、液氮，为全厂提供合格的仪表空气和工厂空气。同时把氮气加压为气化装置提供事故氮气，并为合成氨装置配氮提供气源。        2、开车工况下，空压站向空分和锅炉提供合格的仪表空气。        三、空分装置特点        采用内压缩空气膨胀流程。        空分装置采用液氧内压缩、空气膨胀流程，即采用增压空压机+液氧泵+空气增压透平膨胀机并通过换热器系统的合理组织来取代外压流程氧压机。针对用氧压力高，装置规模大的特点，选择这一流程是最安全可靠的，同时也是经济合理的，其主要原因有：安全性好、可靠性高、操作维护方便、投资成本低、配置更合理、占地面积小。       四、空气的物理性质       1．温度        温度是描述空气冷热程度的物理量。       2．压力       空气的压力就是当地的大气压，用符号p表示。       3．湿度       空气湿度是指空气中含水蒸气量的多少。       4．比焓       空气的焓值是指空气中含有的总热量，通常以干空气的单位质量为基准，称作比焓，工程上简称焓。       5．密度和比容       空气的密度是指每立方米空气中干空气的质量与水蒸气的质量之和，用ρ表示，单位为kg/m3。       空气的比容是指单位质量的空气所占有的容积，用符号ν表示，单位为m3/kg。 氮气       物理性质       氮气占空气总量的78.12%，二氧化碳，水汽和一些稀有气体占空气总量的0.93％，氧气20.95%       单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是1.25g•dm-3，氮气在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变成雪状的固体。       化学性质       由于N2分子中存在叁键N≡N，所以N2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。       氮气的用途       氮主要用于合成氨，还是合成纤维（锦纶、腈纶），合成树脂，合成橡胶等的重要原料。由于氮的化学惰性，常用作保护气体。在汽车上也有使用。       五、氧气的物理性质       1.色、味、态：       通常情况下没有颜色、没有气味的气体       2.密度：比空气密度略大       3.溶解性：不易溶于水       4.三态转化：101kPa下气体无色-183℃液体 淡蓝色-218℃固体 淡蓝色       氧气的化学性质       氧气是一种化学性质比较活泼的气体，它在氧化反应中提供氧，具有氧化性，是一种常用的氧化剂。       它可与很多物质发生氧化反应，例：       碳 + 氧气 点 燃 二氧化碳     硫 + 氧气 点 燃 二氧化硫       磷 + 氧气 点 燃 五氧化二磷   铁 + 氧气 点 燃 四氧化三铁       六、氧气的用途       1.供给呼吸：医疗、登山、潜水、航空等       2.支持燃烧：炼钢、气割、气焊、宇航、液氧炸药、化工行业等。       七、氧气的工业制法

       八、空气分离原理       1、空气分离的方法可分为低温和非低温两种，其中非低温空气分离方法包括吸附、膜分离、化学分 离法。        2、空气低温分离利用多塔低温精馏工艺从压缩空气中制取高纯度的氧、氮、氩产品。压缩空气经过分子筛吸附器，除去所含的杂质，包括水、CO2、碳氢化合物等。再经换热器被冷却至低温，在精馏塔中可分离为氧、氮、氩等产品。装置所需冷量由压缩空气或压缩氮气膨胀做功制取。        3、根据气态产品的加压方式可将空气低温分离流程分为外压缩和内压缩两种类型。        4、空气分离最常用的方法是深度冷冻法。        在深度冷冻法的各种循环中，典型的流程是先使空气在过滤器中滤去尘埃等杂质进入压缩机，再经分子筛净化器除去空气中在低温下易凝固气体，如水蒸气和二氧化碳等，已净化的空气在第一换热器中由产品氮气和氧气降温。出第一换热器后，空气分成两路：一路经第二换热器继续冷却后，再经节流阀降压；另一路经膨胀机降压。两路膨胀后的空气温度均降至103K左右，进入双级精馏塔的下塔底部。       制冷原理       制冷分类：       按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为以下4个领域：       普通制冷        120K以上       深度制冷        120K～20K       低温制冷        20K～0.3K 低温制冷       超低温制冷      0.3K以下       制冷方法：       制冷的方法很多，常见的主要是以下四种：       液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷及其热电制冷。       在空气分离装置是节流和膨胀制冷结合使用。       制冷       节流效应是由于压力降低，体积膨胀，分子间相互作用的位能增加，造成分子运动的动能减小，引起气体温度降低，使它具有一定的吸收热量的能力。       气体的等熵膨胀是高压气体等熵膨胀时向外输出机械功，这样消耗了大量气体内能（焓值减小）。另外，还由于膨胀时，气体体积增大，分子距离也要增大，但是分子间有吸引力，为了克服分子间的吸引力而又要消耗气体分子的一些动能（动能减小）。这样气体分子的内能和动能在等熵膨胀时大量消耗，从而降低了气体温度。所以等熵膨胀后气体温度总是下降的。