《化工生產公用工程》課件-項目四 供氣技術方案

供氣技術方案化工生產公用工程項目四空氣具有可壓縮性，輸送方便，在地面上取之不盡。在工業上，壓縮空氣應用廣泛，它具有很多便于采用的良好性能和特點。化工生產廣泛使用壓縮空氣，用于各種各樣的目的。化工生產對空氣的要求，包括：氣量溫度壓力濕度露點含塵量含油量各行各業對壓縮空氣的質量有著不同的要求化工儀表用空氣要求含塵量、含油量及露點等符合專門的要求；食品、醫藥生產企業用空氣要求無油、無塵、無菌等。合理配置壓縮空氣處理設備，才能使其在滿足工業生產要求的前提下，節省設備投資與運行成本。化工生產供風類型工廠風主要指工廠內的壓縮空氣，主要用于投產、檢修或工藝需要的吹掃。也有用氮氣的。化工生產供風類型給自動化儀表中的調節機構使用，有氣動閥，流量計等的空氣源。儀表風專門供應調節閥的儀表設備做動力的，要求純凈度比較高。一般工廠風經過脫水、凈化后可作為儀表風使用。儀表風化工生產供風類型主要是指生產用的、與物料接觸的壓縮性氣體，如氣力輸送空氣。工藝風化工生產供風類型工廠風一般指用來吹掃管道，設備，工藝用空氣。空氣質量要求一般，壓力較穩定，有需要的開啟使用。干凈度沒有特殊要求，為非凈化風，一般是直接經空壓機壓縮而得的風。一般壓力在0.4-0.5MPa。也指置換氮氣：生產中不能有空氣存在的裝置，吹掃后需用氮氣置換。目錄contents空氣與儀表空氣單元一蒸汽壓縮制冷循環單元二吸收式制冷循環單元三空氣與儀表空氣單元一一空氣的性質二儀表空氣空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣空氣是多種氣體的混合物氮78%氧21%氬0.93%二氧化碳0.03%氖0.0018%此外還有其他惰性氣體、臭氧、水汽和塵埃等干空氣的分子質量為28.96g/mol在0℃、1.013×105Pa(760mmHg)時的密度為1.293g/m3空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣空氣壓縮空氣經過機械壓縮用作生產壓縮空氣的設備通常稱為空氣壓縮機壓縮空氣的污染物有粉塵水油空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣1粉塵空氣中含有大量的懸浮物我國的《環境質量空氣標準》把懸浮物作為衡量空氣質量的一項重要指標。該標準把當量直徑≤100μm的所有懸浮物稱為總懸浮物，把當量直徑≤10μm的懸浮物稱為可吸入顆粒物。空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣1粉塵空氣中的懸浮物種類多樣，但可按照粒子的大小來細分。在流動的空氣中懸浮物不容易沉降，在靜止的空氣中能緩慢沉降。懸浮物的來源煙煤燃燒時排出的煙塵汽車排出的尾氣建筑工地、工廠空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣1粉塵人的肉眼能看見的最小的物體為30~40μm；人的頭發直徑為100μm左右；而空氣中的絕大部分懸浮物肉眼是看不到的。空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量水蒸氣分壓力絕對濕度衡量空氣含水量的指標相對濕度含濕量露點溫度空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量①水蒸氣分壓濕空氣是水蒸氣與干空氣的混合物，在一定體積的濕空氣里水蒸氣所占的份量(以質量計）通常比干空氣要少得多；但按氣體定律它占有與干空氣相同的體積，也具有相同的溫度。空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量①水蒸氣分壓濕空氣所具有的壓力是各組成氣體（即干空氣與濕空氣）分壓力之和。濕空氣中水蒸氣所具有的壓力，稱為水蒸氣分壓,記作pw，其值可反映濕空氣中水蒸氣含量；飽和空氣中水蒸氣分壓力叫飽和水蒸氣分壓,記作pws。2含水量①水蒸氣分壓其他表示水在壓縮空氣中含量的參數由水蒸氣分壓計算而得表示空氣干濕程度的物理量濕度空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量②絕對濕度濕空氣中所含的水蒸氣的質量與絕干空氣的質量之比，稱為空氣的濕度，又稱絕對濕度。②絕對濕度在一定總壓下,濕空氣中的水蒸氣分壓與同溫度下水的飽和蒸氣壓ps之比的百分數,稱為相對濕度百分數,簡稱相對濕度。空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量④濕含量濕含量w指濕空氣中所含水分的質量分數：

w=濕空氣中水分的質量/濕空氣總質量氣溫越低，飽和水汽壓就越小。所以對于含有一定量水汽的空氣，在氣壓不變的情況下降低溫度，使飽和水汽壓降至與當時實際的水汽壓相等時的溫度，稱為露點。空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量⑤露點空氣中的水蒸氣變為露珠時候的溫度叫露點，溫度低于0°時，又稱為霜點。空氣的性質一單元一：空氣與儀表空氣2含水量⑤露點壓縮空氣露點溫度用露點儀測量測量壓縮空氣露點常用的儀器鏡面露點儀電容/電阻露點儀儀表空氣二單元一：空氣與儀表空氣儀表空氣在化工生產中用于氣動執行機構(氣動閥的執行器、氣缸等)的驅動氣源。按行業標準《儀表供氣設計規定》HG20510-2000規定的儀表空氣質量要求如下：露點：供氣系統氣源工作壓力下的露點，應比工作環境歷史上的年（季）極端最低溫度至少低10℃；含水小于0.002%。塵粒：凈化裝置后過濾器出口處，儀表空氣含塵粒徑不應大于3μm；含塵量小于1ppm。油份：氣源裝置送出的儀表空氣中其油份含量應控制在8ppm（重量）以下。腐蝕性組分：儀表空氣不含對自動閥、儀表風管道產生腐蝕的氣體。儀表空氣二單元一：空氣與儀表空氣工藝指標工作壓力：根據儀表使用設定的，一般壓力在0.5-0.8MPa。可根據負荷情況，選擇所需要的值。300~500kPa500~800kPa工作溫度：室溫。流量：根據用氣點的數量及用氣量決定。儀表空氣的制備單元二一儀表空壓站工藝流程二主要生產單元功能儀表空壓站工藝流程一單元二：儀表空氣的制備新鮮空氣經空氣過濾器過濾后進入無油潤滑空氣壓縮機，經兩級壓縮、冷卻后，溫度約35℃、壓力約0.78MPa的濕空氣去緩沖罐，再進入空氣干燥裝置。經干燥后的壓縮空氣送壓縮空氣貯罐貯存，而后送往各用戶，正常供氣壓力大于0.589MPa。主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備1空氣壓縮空氣經空氣過濾器過濾后進入空氣壓縮機，經壓縮及冷卻后進入空氣緩沖罐。當用戶不需對空氣作進一步處理時，可直接將空氣緩沖罐的氣體送往用戶。2空氣干燥當用戶需干燥空氣時，應進行空氣干燥處理。來自空氣緩沖罐的壓縮空氣進入空氣干燥器，經干燥后的空氣去壓縮空氣貯罐。對只需干燥空氣的用戶，空氣由壓縮空氣貯罐送往用戶。主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備工藝指標無油空壓機主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備空氣干燥主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備

圖

微加熱再生干燥器工藝流程圖1-消聲器；2-氣動截止閥；3-氣動球閥；4-加熱器組件；5-單向閥；6-活性氧化鋁Φ3-Φ5；7-閘閥；8-節流孔板主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備圖冷凍式壓縮空氣干燥機工藝流程圖1-氣對氣熱交換器；2-氣對制冷劑熱交換器；3-空氣分離器；4-自動放水閥；5-旁通閥；6-膨脹閥；7-過濾干燥器；8-壓縮機；9-過濾干燥器；10-冷凝器；11-貯液器；12-收集器主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備3空氣凈化采用過濾器，濾芯材料根據要求選擇。主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備4壓縮空氣貯罐有完善自動保護設計的大型裝置為10~15min；無完善自動保護設計的大型裝置為15~20min；中、小型生產裝置為5~l0min。主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備4壓縮空氣貯罐主要生產單元功能二單元二：儀表空氣的制備4壓縮空氣貯罐氮氣制備技術單元三一深冷制氮技術二變壓吸附制氮技術(PSA)三膜分離制氮技術單元三：氮氣制備技術氮氣作為惰性氣體的一種，用于易燃、易爆、易腐蝕、易氧化物料的保護、輸送、密封等，以保障安全生產。在石化企業如煉油廠中重整、加氫裝置的生產，要用純氮(99.99%)作保護氣、置換氣；為了保護設備,有的大型機組的密封氣要用到氮氣，高純氮氣是化纖生產至關重要的氣體,主要用作保護氣、輸送氣，防止原料的氧化。單元三：氮氣制備技術可以說石化行業是用氮大戶。氮氣是化工廠的“保安氣”,工業對氮氣的大量需求,一般采用空氣分離方法。空氣分離方法深冷空分法變壓吸附法膜分離法深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術空氣經過壓縮、凈化再利用熱交換使空氣液化成為液空液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同。通過液空的精餾（在1大氣壓下，前者的沸點為-183℃，后者的為-196℃），使它們分離來獲得氮氣，純度≧99.999%的氮氣。深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術1工藝流程空氣壓縮空氣分離液氮汽化深冷空氣制氮工藝深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術原料空氣經過濾由離心式空氣壓縮機壓縮至0.78MPa，經空壓機末端冷卻器冷至40℃左右，再由冷氣機組冷卻至5℃進入分子篩吸附器，去除H2O、CO2及C2H2等碳氫化合物。凈化后的空氣進入分餾塔,通過主換熱器、液化器與返流廢氣及產品氮氣進行熱交換，冷卻后進入精餾塔底部，經過精餾分離為產品氮氣和富氧液空，塔底富氧液空過冷節流后進入冷凝蒸發器，與氮氣進行熱交換。分子篩吸附器兩臺交換使用，一臺吸附工作，另一臺再生，再生氣為分餾塔廢氣。1工藝流程深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術氮氣液化后大部分作為精餾塔回流液，少量液氮可作為產品抽出。廢氣由冷凝蒸發器頂部引出，經過冷器、液化器復熱后經透平膨脹機絕熱膨脹至0.035MPa，給裝置補償冷量。產品氮氣從精餾塔頂引出，經主換熱器復熱后在0.7MPa壓力時輸入管線。1工藝流程深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介①空氣過濾與壓縮為減少空氣壓縮機內部機械運動表面的磨損，保證空氣質量，空氣在進入空氣壓縮機之前必須先經過空氣過濾器以清除其中所含的灰塵和其他雜質。經空氣過濾器清除灰塵和機械雜質后進入空氣壓縮機，壓縮至所需壓力，然后送入空氣冷卻器，降低空氣溫度。深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介②空氣冷卻器用來降低進入空氣干燥凈化器和空分塔前壓縮空氣的溫度，避免進塔溫度大幅度波動，并可析出壓縮空氣中的大部分水分。通常采用氮水冷卻器（由水冷卻塔和空氣冷卻塔組成：水冷塔是用空分塔內出來的廢氣冷卻循環水，空冷塔是用水冷塔出來的循環水冷卻空氣）、氟里昂空冷器。深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介③空氣凈化器壓縮空氣經空氣冷卻器后仍含有一定的水分、二氧化碳、乙炔和其他碳氫化合物。被冷凍的水分和二氧化碳沉積在空分塔內會堵塞通道、管道和閥門，乙炔積聚在液氧內有爆炸的危險，灰塵會磨損運轉機械。為了保證空分裝置的長期安全運行，必須設置專門的凈化設備，清除這些雜質。2主要生產單元簡介深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術③空氣凈化器目前國內在中小型制氮裝置中廣泛采用分子篩吸附法。空氣凈化系統由兩臺分子篩吸附器和兩臺雙管板蒸汽加熱器組成，分子篩吸附器吸附空氣中的水分、二氧化碳和一些碳氫化合物。兩臺分子篩吸附器，一臺工作，另一臺再生。再生氣的加熱由蒸汽在蒸汽加熱器中完成。深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介④空氣分離塔空分塔為精餾塔，包括主換熱器液化器精餾塔冷凝蒸發器凈化后的空氣進入空分塔中的主換熱器，被返流氣體（產品氮氣、廢氣）冷卻至飽和溫度，送入精餾塔底部，在塔頂部得到氮氣，液空經節流后送入冷凝蒸發器蒸發，同時冷凝由精餾塔送來的部分氮氣，冷凝后的液氮一部分作為精餾塔的回流液；深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介④空氣分離塔另一部分作為液氮產品出空分塔。在精餾塔的底部得到液氧。由冷凝蒸發器出來的廢氣經主換熱器復熱到約130K進膨脹機膨脹制冷為空分塔提供冷量。膨脹后的氣體一部分作為分子篩的再生和吹冷用，然后經消聲器排入大氣。深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介⑤透平膨脹機制氮裝置用來產生冷量的旋轉式葉片機械，是一種用于低溫條件下的氣體透平。透平膨脹機按氣體在葉輪中的流向分為軸流式、向心徑流式和向心徑軸流式；按氣體在葉輪中是否繼續膨脹又分為反擊式和沖擊式，繼續膨脹為反擊式，不繼續膨脹為沖擊式。空分設備中廣泛采用單級向心徑軸流反擊式透平膨脹機。深冷制氮技術一單元三：氮氣制備技術2主要生產單元簡介⑥液氮汽化由空分塔出來的液氮進液氮貯槽進入汽化器被加熱后送入產品氮氣管道當空分設備檢修時變壓吸附制氮技術(PSA)二單元三：氮氣制備技術變壓吸附制氮技術(PSA)是利用氧和氮在碳分子篩上吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差異及分子篩對氧、氮隨壓力不同具有不同的吸附容量的特性，實現氧氮分離。空氣中的氧被吸附劑優先吸附在氣相中富集氮氣在溫度不變情況下,加壓下吸附，減壓（抽真空）或常壓下解吸的方法，稱為變壓吸附。可見，變壓吸附是通過改變壓力來吸附和解吸的。變壓吸附制氮技術(PSA)二單元三：氮氣制備技術1工藝流程主要包括三部分：空氣壓縮系統、壓縮空氣預處理系統、吸附分離系統。氮氣純度大于79-99.9995％在加壓下進行吸附，減壓下進行解吸。變壓吸附制氮技術(PSA)二單元三：氮氣制備技術1工藝流程如果提取高純氮氣需要增設氮氣純化系統。空氣經離心機壓縮到0.75~0.85MPa進入冷干機，降溫除去大部分水分，經精密過濾器進一步除油、除塵，然后進入空氣緩沖罐緩沖穩壓，作為變壓吸附制氮的原料氣。空氣經過預處理后進入裝有分子篩的吸附筒，空氣在分子篩床內依次完成吸附制氣、放氣、沖洗、均壓、二次均壓、充氣過程,從而連續生產制得氮氣。吸附分離系統主要由兩臺填裝了分子篩的吸附塔及一臺氮氣緩沖罐組成。根據用戶需要可以多臺組合在一起,制取產量更大的氮氣。變壓吸附制氮技術(PSA)二單元三：氮氣制備技術2主要設備壓縮空氣凈化組件空氣貯罐氮氣緩沖罐吸附塔變壓吸附制氮技術(PSA)二單元三：氮氣制備技術3吸附劑種類變壓吸附制氮的吸附劑采用5A沸石分子篩。氮的吸附量要比氧、氬大,空氣在5A沸石分子篩上的這一特性構成了變壓吸附分離氧、氮的依據。由于氮是在吸附相中獲得的，所以可采用類似的工藝過程制取純氮。此法吸附時壓力為0.3MPa，獲得的氮氣純度大于99.5%。氮回收率一般在35%~45%，但空氣在進入吸附床之前必須先進行干燥除去二氧化碳，使得流程復雜、投資和操作費用增加。變壓吸附制氮技術(PSA)二單元三：氮氣制備技術3吸附劑種類膜分離制氮技術是根據混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率的不同，從而達到分離目的。膜分離制氮技術三單元三：氮氣制備技術膜分離制氮技術三單元三：氮氣制備技術通常一切氣體均可以滲透通過高分子膜。其過程是氣體分子首先被吸附并溶解于膜的高壓側面，然后借助于濃度梯度在膜中擴散，最后從膜的低壓側解吸出來。其結果是小分子和極性較強的分子的通過速度較快，而大分子和極性較弱的分子的通過速度較慢。膜分離就是利用各種氣體在高分子膜的滲透速率不同，來進行氣體分離的。膜分離制氮技術三單元三：氮氣制備技