深冷制氧工艺
11页1、销售处内部学习资料- 1 -深冷制氧工艺介绍一、 概述:氧是自然界中分布最广的气体。常温、常压下为无色、透明、无嗅无味气体。其它化学性质十分活跃,极易和各种不同物质生成化合物。氧气本身不燃烧、但具有强烈的助燃性,被广泛地支用在转炉、炼钢和高炉熔炼中。氧气顶吹转炉炼钢速度快、产量高、品种多、质量好。因而氧气在国民经济发展中有着举足轻重的作用。工业深冷制氧,我国走过了 50 年历程。我国由 1953 年哈尔滨第一机械厂(哈尔滨制氧机厂的前身)首次生产两套 30 立方米/h 制样机,发展到今天的 5000 立方米/h 制氧机。我们德龙公司现有大型全低压制氧机三台套。 ( 1500 立方米/h、 3200 立方米/h、6000 立方米/h)总装机容量达到 10700 立方米/h,基本能满足公司钢铁生产对氧气和氮气的需求。二、 几个概念:1、 空气分离设备:(简称空分设备)指空分装置及其附属设备的统称。指空气压缩系统、空气净化系统、换热系统、膨胀制冷系统、精馏系统、再生加热系统和产品压缩输送系统。2、 深冷制氧(即深度冷冻法制氧)深冷制氧指-1000 度以下的低温 。将空气分离成氧和氮,是一个相
2、当复杂的过程。要想把处于气态下的空气分离,实际上是相当困难。因为氧氮分子均匀混合再一起的,而将液态空气分离就容易得多。这是由于组成液态空气的液氧和液氮在同一压力下具有不同的沸点。 (大气压力下,氧的沸点为-183 度,氮的沸点为-196度 ,即同一压力下,氧氮的沸点有 13 度的温度差)因此可以首先将空气液化,然后将其逐渐蒸发。那麽,沸点低的组份首先蒸发成气体,沸点高的组份仍为液体,如此反复进行,则液体中氧浓度提高,气体中氮浓度提高,从而将氧氮分离。这种方法,需将空气压缩,然后冷却到非常低的温度(-173 度)销售处内部学习资料- 2 -将其液化,然后将氧氮分离,这种制取氧气的方法叫做深冷制氧法,通常所指的深冷制氧。3、 精馏塔:用于将空气精馏分离的设备称之为精馏塔。 (空分塔)它包括下塔、上塔和主冷凝蒸发器。4、 精馏:在精馏塔中,将处于饱和状态的氧氮混合体,穿过比它温度较低的氧氮混合体时,气相中的高沸点组分(即难蒸发的组分氧气)要部分冷凝为液体,释放冷凝潜热,与此同时,液相中的低沸点组分(即易蒸发的氮气)吸收热量而蒸发,这样多次的部分冷凝和部分蒸发,越往上部,气相中氮组分越浓,越往
3、下部,液相中氧组分越浓。这样多次部分精馏和部分蒸发的过程,我们称之为精馏。精馏的实质是气、液两种流体热量和质量的交换。5、 保冷箱:用于将深冷设备和大气绝热隔离的箱体。内充填膨胀珍珠岩粉 (即通常称珠光砂)以防止上部冷量的泄露造成冷换。6、 临界温度:气体的液化温度与压力有关。但是对每一种气体都有一个温度,大于这个温度,无论在何种压力下,都不能将其液化,这个温度即为该气体的临界温度。与其对应的压力称之为该气体的临界压力。7、 部分蒸发与部份冷凝:当液体蒸发时,新产生的蒸汽不断的从容器中引出,这种蒸发过程称之为部分蒸发。在定压冷凝时新产生的液体,不断的从容器中引出,这种冷凝过程称之为部分冷凝。三、 深冷制氧的工艺组成;1、 空气压缩系统:即离心式空压机、为空分装置提供原料空气。2、 空气净化系统:首先,我们应该明确知道深冷制氧的原料是自销售处内部学习资料- 3 -然界取之不尽、用之不完的空气。空气是一种多原素(多组分)气体,组成的混合气体。它的主要组分是氧气和氮气(容积含量分别为 21%和 78%)其次是氩占 0.93%。除此之外还有特有气体He|、Ne、Ke、Xe、H2。空气中除上述组
4、分外,还有杂质:灰尘、机械颗粒、水份、二氧化碳、乙炔、怪类碳氧化物其它危害:灰尘、机械颗粒:加剧机器工作轮磨损,污染冷却器将阻力增加,换热效率降低;水、氧化碳(H2o、CO2):低温下会以固态出现。堵塞通道、管路、容器、伐门、阻力增加、换热效率降低,精馏恶化; C2H2、CH4:是易燃物,是空分装置的大敌。净化:空气过滤器:灰尘和机械颗粒(H2O、CO2、C2H2、CH4)换热式流程:(H2O、CO2:切换式换热器;C2H2、CH4:液空吸附过滤器、液氧吸附器) ;分子筛流程:分子筛纯化器。3、 氮水予冷系统:尽可能降低进装置空气的温度,以减少换热器(纯化器的负荷。它由空气冷却塔和水冷却塔组成。4、 换热系统:是实现空气液化、分离、维持空气装置冷量平衡,长周期正常运行必不可少的设备。包括:可逆式板式换热器,中间冷却器、液化器、过冷器、上下塔和主冷凝蒸发器。5、 胀制冷系统:是维持装置冷量平衡的重要设备。选平膨胀机(启动阶段:制取冷量;正常运行:补偿冷损)6、 精馏系统:是实现空气分离的主要设备。下塔:原料空气的初精馏;上塔:原料液空的再精馏;主冷:联接上下塔是实现液氧蒸发、气氮冷凝。7
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