制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨

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制氧系统中深空气分离技术的运用探讨
摘要:随着现代社会经济发展速度不断加快,氧气在各行业中的作用得以凸显,并且需求量也逐渐开始加大。在现代工业以及医疗产业中,氧气所具备应用优势也得到凸显。因此,研究高纯度制氧技术,已经成为现代氧气制造企业所关注的重点。深冷空气分离法一般情况下能够较好应用于我国制氧企业中,尤其是部分纯度要求较高的大型空气分离技术方面。本文研究深冷空气分离制氧特点,针对制氧系统中深冷空气分离技术的运动进行深入性探究,以期为现代制氧企业对氧气的制造和提取提供一定参考。
关键词:制氧系统;深冷空气分离技术;运用
引言
深冷空气分离法作为现代制氧企业最为常见制氧方式之一,也被称为低温精馏法。从本质上来说,深冷空气法属于一种气体液化技术,研究人员根据空气中各组分沸点的不同,对空气中各组分采取连续多次的部分蒸发和冷凝后获取所需要的纯净氧气、氮气或者是稀有气体。现代医学和工业行业发展,离不开氧气。因此,如何制备出高纯度氧气,是现代科学研究的重要课题。
1深冷空气分离制氧的特点
1.1对设备材料要求高
封边机青岛金鼎机械制氧人员在对空气进行液化处理时,需要采用空气体积压缩及热交换的方式。因此,制氧企业会对制氧设备的热传导材料提出较高的要求,制造低温设备材料时,需要选用较强耐压能力,并且接口焊接要求较高合金材料。为防止外源热量传入,选用的热传导材料需要安装保冷箱,设备管道需要采用热绝缘性较为良好的材料对其进行包裹。此外,保冷箱的填充物则需要选用一些热传导较为惰性的材料。对此,我们需要注意的是,设备材料不可选用碳钢,这类材料较为脆弱并且无法承担强大的压力,导致制氧设备在运作时出现故障。
1.2杂质组分易产生问题尼龙扣
空气中含有一定二氧化碳以及水蒸气,二者凝固点较高,氧气还未被液化时,他们就会逐渐开始成为固态。在深冷空气分离制氧设备进行运作时,空气中的二氧化碳及水蒸气等杂质组分对管道及阀门出入口进行堵塞,等到精馏时,液态氧无法被分流出来,会对装置的正常运作产生影响。
多媒体控制器1.3对设备工艺标准较高
氧气不能燃烧,但是具有强烈的助燃性。设备上或周围一定不能有木材或者焦炭类物质,如果被液氧浸渍过,一旦接触火源或被外力冲击时就会发生燃爆。液氧的排放必须通过专门的排放管路和容器,绝对不能随意排放,尤其不能直接排到不通风的厂房内。氮气,氩气等窒息性气体的排放也要遵守安全规定,一定要遵守相关规定,不能对着厂房、人员或者有杂物堆放的位置。
2制氧系统中深冷空气分离技术的运用
2.1制氧系统中深冷空气分离技术组成
为了直观了解制氧能耗,一般采用每生产1m3氧气的电能消耗进行能耗的衡量,而流程压力则是影响深冷空气分离法制氧能耗的关键因素,如属于典型的高压流程,压力范围为6~1OMPa ,其能耗处于1.5~1.7kwh/m3区间,而全低压流程的压力范围为0.45~0.7MPa,其能耗处于0.45~0.7kwh/m3区间,由此可见低压流程可有效降低深冷空气分离法的制氧能耗,这也是大型、特大型空分装置多采用全低压流程的原因。深冷空气分离法具备制氧纯
度高(可达 99.6号以上)、生产规模大的优势,对比膜分离法、变压吸附法两种氧气生产方式,深冷空气分离法在生产规模、制氧纯度层面具备显著优势。但深冷空气分离法也存在设备复杂、维修性差、不适合中小规模制氧、占地面积大、投资大且成本高、安全操作技术要求严格等缺点,这些同样不容忽视。
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一般情况下,纯氮和纯氧能够在上塔的顶部和底部得到。液氧和液氮也可以从主冷却系统的蒸发和冷凝侧除去。精馏塔内的空气分离分为两个阶段。空气在下柱中多次分离,获得液氮和富氧液态空气。将富氧液态空气送入精馏塔,得到纯氧和纯氮。塔身上部分为两段:以液体和空气入口为边界,上部为精馏段,蒸馏上升气体,回收氧气成分,净化氮气纯度,下部为精馏段,将氮气成分在液体中分离,提高液氧纯度。
(1)空气压缩系统。即离心式空压机、为深冷空气分离技术提供原料空气。(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然界取之不尽、用之不完的空气。空气是一种多元素气体,组成的混合气体,它的主要组分是氧气和氮气,其次是氩占0.93%。空气中还有杂质:灰尘、机械颗粒、水分、二氧化碳、乙炔、怪类碳氧化物;其次,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
、二氧化碳,低温下会以固态出现。堵塞通道、管路、容器、阀门、阻力增加、换热效率降低,精馏恶化。(3)预冷纯化系统。压缩后的空气在空冷塔冷却后通过分子筛纯化器对空气进行纯化,纯化后的空气一路进 入板式换热器 ,另一路则入增压机增压。(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、上下塔和主凝蒸发器。(5)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;上塔是原料液空的再精馏;主冷是连接上下塔实现液氧蒸发、气氮冷凝。(6)再生加热系统是用于设备的加热和再生。(7)产品压缩输送以供用户使用。(8)参与精馏是在深冷空气分离技术中,为了制取冷量和补偿冷损,设置了膨胀机制冷系统。它是由主换热气中部抽取一股高温气体与由下塔抽出的一股低温气体,混合后进入膨胀机,经膨胀机决热膨胀降温制取冷量后,吹入上塔中上部参与精馏。产品氧氮经住换热器复热后,由氧压机压缩后送往 用户。污氮气一部分经再生加热系统加热后再生分支晒纯化器,大部分去氮水予冷系统的水冷却塔、冷却水。
2.2制氧系统中深冷空气分离技术应用
(1)冶炼生产
冶金工业比如炼钢,在冶炼过程中需要吹以高纯度氧气,氧便和钢水中的碳﹑磷、硫、硅等元素发生氧化反应,达到有效降低含碳量,清除磷、硫、硅等杂质的目的。同时,氧化过程产生的热量足以维持炼钢所需温度。吹氧不但提高了钢的质量,还缩短了冶炼时间。高炉炼铁时,提高鼓风中的氧浓度可以实现降焦比,提高炼铁产量。在有金属冶炼中,采用富氧也可以有效缩短冶炼时间.提高产量和质量。此外,冶金行业中炼制钢铁时,通过通入高纯氧气,可以将焦炭中的一些元素进行氧化,变为氧化物气体或固体去除掉同时,可以让焦炭充分燃烧,提供足够的热量,减少焦炭不完全燃烧产生的浪费,有效地降低了冶炼成本。同时,氧化过程是放热反应,通过高纯氧气供应,反应彻底,提供了大量的反应热,缩短冶炼时间,降低了成本并且提高了产品质量。
(2)石油化工
深冷空气分离装置是石油和化工企业的重要配套装置,主要为生产提供不可缺少的氧气和氮气。比如,氨是化工行业的重要原料,大量用于化肥、硝酸﹑铵盐、纯碱以及纤维、塑料染料等化工产业,而合成氨则需要消耗大量的氧气;随着煤化工装置规模的增大,煤气化对氧气的需求量也在增加,无论是采取固定床、流化床还是气流床气化技术,均需要大
量的氧气获得理想的碳转化率。2021年12月,浙江舟山制氧项目6号空分单元压缩系统汽轮机组单试完成。舟山制氧项目位于浙江省舟山绿石化基地的渔山岛上,该基地是世界投资最大的单体产业项目,上海二十冶公司承建的二期空分空压装置项目将为石化装置试车及生产提供氧气、氮气及部分仪表气体,对整个炼化项目投产起到关键作用。
(3)污染处理
应用于污染处理。主要包括污水处理和污染土壤处理等。污水处理主要是对污水进行氧化处理,以减少污染。污染土壤处理主要是对污染土壤进行热处理,即焚烧处理,氧气已长期使用在转炉和二次燃烧以提高燃烧速度。此外,对于工业废水处理,因为其含有较多的有机物,常采用活性污泥的处理方式,成本低,并且不会造成二次污染。具体的方式就是将废水进行絮凝后,接种活性污泥,进行曝气处理。因为活性污泥中含有大量的微生物,通过提供高纯氧气,可以提高其呼吸分解效率,提高污水处理效果和处理速度。
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