大型煤化工空分装置工艺流程的选择.doc

大型煤化工空分装置工艺流程的选择 内蒙古石油4L.r-2010年第6期 大型煤化工空分装置工艺流程的选择 周志丹 (徐州矿务集团有限公司煤化工筹建项目部,陕西宝鸡721006) 摘要:比较空分装置的四种工艺流程,选择适合大型煤化工所需空分装置的工艺流程. 关键词:煤化工;空分装置;工艺流程 中图分类号:TQ531.6文献标识码:A文章编号:1006--7981(2O1O)06一o044—02 随着大型煤化工的发展,其所需空分装置的规 模也趋向大型化,若要使空分装置实现安全,稳定运 行,就要对空分装置的工艺流程进行合理的选择. 1空分装置工艺流程介绍 从空气中分离出氧的方法有以下四种:摩尔托 克斯法(Moltox),变压吸附法,薄膜渗透法,低温精 馏法,所以空分装置对应的工艺流程亦有四种. 1.1摩尔托克斯工艺(Moltox) Moltox的主要原理是除去H.O和CO2的压缩 空气,进入吸附器与熔融的钠和钾硝酸盐和亚硝酸 盐接触,氧被吸收,解吸后得到氧. 此工艺由于应用较少,在此不做具体介绍. 1.2变压吸附工艺 1.2.1原理 变压吸附(PSA)工艺是以空气为原料,以分子 筛为吸附剂,在一定的压力下,利用空气中氧,氮分 子在不同分子筛表面的吸附量的差异,在一定时间 内氮(氧)在吸附相富集,氧(氮)在气体相富集,实 现氧,氮分离;而卸压后分子筛吸附剂解析再生,循 环使用.目前变压吸附制气工艺采用双吸附塔,通过 顺序控制系统,两塔交替循环吸附,解吸,从而得到 连续的氧,氮产品. 1.2.2工艺流程 空气经空压机压缩,通过净化系统清除有害杂 质后,进入双系列吸附塔;在吸附塔内,填装的不同 种类的吸附剂有针对性地吸附氧(氮)分子,从而使 未被吸附的氮(氧)气富集,分离出的氮(氧)产品 经过滤器除去固体杂质颗粒,进入产品气体缓冲罐 外供.双系列吸附塔,当一组进行吸附工作时,另一 组进行降压解吸,释放出吸附剂中吸附的气体以备 用.双系列吸附塔交替工作,可实现连续供气. 通过改变吸附剂和吸附压力,可获得不同质量 等级的氧氮产品. 1.2.3特点 此工艺不必将空气冷却至低温,设备简单,可 以实现自动化,但氧气纯度只有90左右. 1.3薄膜渗透工艺(膜分离工艺) 1.3.1原理 膜分离工艺是应用扩散原理.用一种很薄的有 机膜,空气中的氧氮经过有机膜时其渗透能力差 别,而使氧氮分离. 1.3.2工艺流程 空气经空压机压缩,通过净化系统清除有害杂 质后,进入膜分离器,在膜分离器中,压缩空气在膜 两侧压力差作用下,渗透速率相对快的氧气透过膜 后,在膜的渗透被富集,引出后入氧气产品罐;而渗 透速率相对慢的氮气被滞留在膜的滞留,被富集进 入氮气产品罐.而达到空气分离的目的.通过选择 不同的透析膜,可获得不同质量的氧,氮产品. 1.3.3特点 使用这种工艺的设备最简单,但分离得到的氧 气纯度只有45%.只适用于炼铁,锅炉中燃烧,养鱼, 污水处理等. 1.4低温精馏工艺 收稿日期:20o9—12—25 作者简介:周志丹(1982一),男,毕业于黑龙江科技学院,现就职于徐州矿务集团有限公司煤化工筹建项目部,助理工程 师. 2010年第6期周志丹大型煤化工空分装置工艺流程的选择45 1.4.1原理 低温精馏工艺是传统的低温深冷技术分离工 艺,利用液体空气蒸发时氧和氮沸点差别,使氧,氮 分离.具体原理是在高压低温下将空气液化,根据空 气中氧,氮成分的沸点不同,在精馏塔中,经过精馏 传质传热,分离液态空气中的氧,氮成分,从而分离 出氧氮产品. 1.4.2工艺流程 压缩空气经分子筛吸附空气中的碳氢化合物, 经板翅式换热器换热,通过膨胀机制冷,液化空气在 精馏塔中精馏,分离氧,氮,氩产品的典型的低温精 馏工艺流程.根据氧,氮产品的压缩环节不同低温精 馏工艺又分为外压缩流程和内压缩流程. 外压缩流程就是空分设备生产低压氧气,然后 经氧压机加压至所需压力(≤3.0MPaG)供给用户. 内压缩流程就是取消氧压机,直接从空分装置 冷箱内生产出中高压(≥3.0MPaG)氧气供给用户. 该流程与外压缩流程的主要区别在于,产品氧的供 氧压力是由液氧在冷箱内经液氧泵加压达到,液氧 在高压板翅式换热器与高压空气进行热交换从而汽 化复热. 1.4.3特点 低温精馏工艺产品纯度氧在99.2以上,氮纯 度可达99.999/5～99.999,可同时生产稀有气.内 压缩流程使用液氧泵内压缩后,可防止烃类在冷凝 蒸发器内聚集,因此安全性更好,装置也更可靠. 2大型煤化工空分装置工艺流程的选择 2.1大型煤化工空分装置的特点 大型煤化工所需的氧气纯度高,压力大且使用 量大,这也决定了其空分装置的规模及产品规格.例 如一规模为60万吨/年的甲醇装置,要求使用氧气 的纯度为99.6,压力为8.5MPa(