空 分 设 备 工 艺 流 程 培 训 教 材
第二节 空分设备流程组织概述
下面我们以KDONAr-30000/16160/930型空分设备为例，来讲解空分设备的流程组织。
一、主要技术数据
1、加工空气
进装置原料空气流量 163500 Nm3/h 进 分 馏 塔 流 量
156500 Nm3/h
进分馏塔空气压力及温度： 低压：~0.50 MPa(G)，22℃ 中压：~3.80 MPa(G)，40℃ 高压：~7.0MPa(G)，40℃ 2、产品指标
出冷箱压力 MPa(G) 6.5 0.2 0.5 0.45 0.3 ≥0.5 ≥0.5 产品名称 氧气（GO2） 液氧（LO2） 氮气（GN2） 液氮（LN2） 液氩（LAr） 仪表空气 装置空气 纯度（%） ≥99.6 ≥99.6 ≤10PPm O2 ≤10PPm O2 O2≤2PPm N2≤3PPm 露点-65℃ 露点-65℃ 产量（Nm/h） 30000 200 16160 200 930 2000 2000 3备 注 内压缩 注: m3/h指0℃，101.325Kpa状态下的体积流量(以下同); 3、空分设备运转周期（两次大加温间隔时间）: 2年 4、装置加温解冻时间: ～24小时
5、装置起动时间(从膨胀机启动到氧气纯度达到指标)：～36小时
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6、装置操作弹性：70～110％（不包括压缩机组及膨胀机）
二、基本原理
干燥空气的主要成份如下:
名 称 氧 氮 氩 化学代号 O2 N2 Ar 体积百分比 20.95 78.08 0.932 重量百分比 23.1 75.5 1.29 空气中其它组成成份，如氢、二氧化碳、碳氢化合物的含量在一定范围内变化，而水蒸汽含量则随着温度和湿度而变化。
空气中的主要成份的物理特性如下:
标准大气压下的标准大气压下的名称化学符号 液化温度(℃) 氧 O2 氮 N2 氩 Ar -183 -195.8 -185.7 固化温度(℃) -218.4 -209.86 -189.2 (℃) -119 -147 -122 MPa(A) 5.079 3.394 4.862 临界温度 临界压力 空气的精馏就是利用空气的各种组份具有不同的挥发性,即在同一温度下各组份的蒸汽压不同，将液态空气进行多次的部份蒸发与部份冷凝，从而达到分离各组份的目的。当处于冷凝温度的氧、氮混合气穿过比它温度低的氧、氮混合液体时，气相与液相之间就发生热、质交换，气体中的部份冷凝成液体并放出冷凝潜热，液体则因吸收热量而部份蒸发。因沸点的差异，氧、氩的蒸发顺序为：氮>氩>氧，冷凝顺序为：氧>氩>氮。在本系统中，该过程是在塔板上进行的，当气体自下而上地在逐块塔板上通过时，低沸点组份的浓度不断增加，只要塔板足够多，在塔的顶部即可获得高纯度的低沸点组份。同理，当液体自上而下地在逐块塔板上通过时，高沸点组份的浓度不断增加，通过了一定数量的塔板后，在塔的底部就可获得高纯度
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的高沸点组份。
由于氧、氩、氮沸点的差别，在上塔的中部一定存在着氩的富集区，制取粗氩所需的氩馏份就是从氩富集区抽取的。
三、工艺流程简介
本套装置的成套工艺流程详见附图(CF270.00000LC共10页)。 1、空气过滤器及空气压缩系统
该系统由一台自洁式空气过滤器及一台透平空气压缩机组成。
含尘空气入空气过滤器，过滤掉其中机械颗粒、粉尘等。经过滤的空气再入空气压缩系统，被空气压缩系统压缩到0.52MPa.G后进入空气预冷系统。
2、空气预冷系统
本系统主要由空冷塔、水冷塔及四台水泵组成。
空气冷却塔为装有两层塔料的填料塔，空气由空气压缩机送入空气冷却塔底部，由下往上穿过填料层，被从上往下的水冷却，并同时洗涤部分NOx，SO2，C1+等有害杂质，最后穿越顶部的丝网分离器，进入分子筛纯化系统，出空冷塔空气的温度约为15℃。
进入空冷塔的水分为两段。下段为由用户凉水塔来的冷却水，经循环水泵加压入空冷塔中部自上而下出空冷塔回凉水塔。
上段冷冻水来自经水冷却塔与由分馏塔来的多余的污氮气热质交换冷却得到，由冷冻水泵加压后，送入空气冷却塔顶部，与中部的冷却水一起回凉水塔。
3、空气纯化系统
该系统主要由两台吸附器、一台蒸汽加热器及一台电加热器组成。
分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，两只吸附器切换工作。由空气冷却塔来的空气，经吸附器除去其中的水份、CO2及其它一些CnHm后，除一部分进入增压压缩机增压及用作仪表空气、装置空气之外，其余均全部进入分馏塔。
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当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生、冷吹备用。由分馏塔来的污氮气，经蒸汽加热器加热至170℃后，入吸附器加热再生，脱附掉其中的水份及CO2，再生结束由分馏塔来的污氮气吹冷，然后排入大气。
高温再生时，再生气经蒸汽加热器及电加热器加热至260℃后，入吸附器加热再生。
经吸附器纯化后的空气水含量在－70℃露点以下，CO2≤1PPm。 4、增压压缩机系统
由分子筛吸附器来的洁净空气进入增压压缩机增压使空气的压力得以提高，增压空气分为两股，一股（流量31500Nm3/h，压力2.6MPa.G）从增压压缩机中部抽出，经冷却后进入由膨胀机驱动的增压机；另一股（流量47000Nm3/h，压力7.0MPa.G）从增压压缩机末级引出，经冷却后进入主换热器。
5、增压膨胀机系统
该系统主要由两台增压透平膨胀机，两台增压机后冷却器，两台供油装置组成。 从增压压缩机中抽并经冷却后的加压空气，进入由膨胀机驱动的增压机，消耗掉由膨胀机输出的能量，使空气的压力得以进一步提高，增压后的空气进入增压机后冷却器，冷却到所需温度后进入主换热器，被返流的液氧、氮气及污氮冷却到一定温度后进入透平膨胀机膨胀，膨胀空气进入下塔参与精馏。
6、氧、氮精馏
该系统主要由下塔、主冷凝蒸发器、上塔、过冷器及液氧泵组成。
由纯化系统来的进入低压主换热器冷却到接近露点的空气分为两路，一路进入氮增压器被液化后送如下塔、另一路汇同膨胀空气以及来自增压压缩机末级冷却器的高压空气经高压主换热器液化后的液空进入下塔，经下塔的精馏，在顶部获得氮气，除一部分作为热源到纯氩塔外，其余经冷凝蒸发器冷凝，冷凝的液体一部分做为下塔的回流液，一部分送进氮增压器被空气汽化后再经高压主换热复热作为产品，其余部分经过冷器过冷后，一部分作为液氮产品引出冷箱，一小部分作为纯氩冷凝器冷源，另一部分节流后作为上塔回流液送至上塔顶部，在下塔下部得到污液氮，经过冷器过冷后，节流至上塔上部参与精馏，在下塔底部得到富氧液空，经过冷器
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过冷后，一部分作为粗氩塔冷源，另一部分节流至上塔中部参与精馏。
经上塔精馏，在顶部得到污氮气，污氮气经过冷器复热后分为两路、一路经高压主热交换器水冷塔制冷，另一路经低压主换热器复热后除一部分用作纯化系统再生用气外，其余均入水冷塔制冷。
液氧从主冷凝蒸发器底部抽出，一部分作为液氧产品引出冷箱，其余经液氧泵加压进入高压主换热器复热后再送用户使用。
为方便调氩，还设置了气氧的旁通阀（至污氮气）。 7、氩的精馏
该系统主要由粗氩塔I、粗氩塔II、粗氩冷凝器，纯氩塔及其冷凝、蒸发器，工艺液氩泵等组成。
由上塔中部抽出的氩馏份气，进入粗氩塔I进行精馏，使氧的含量降低。粗氩塔I的回流液是由粗氩塔II底部引出经工艺液氩泵输送来的液态粗氩，粗氩塔I底部的液体再返回上塔参与精馏。
由粗氩塔I顶部引出的气体进入粗氩塔II底部并在其中进行更进一步的氩、氧分离。结果在其顶部得到O2≤2 PPm的粗氩气。粗氩气经粗氩冷凝器冷凝成液体后作为回流液返回粗氩塔II。粗氩冷凝器的冷源是过冷器后引出的液空，液空与粗氩气换热（蒸发）后返回上塔适当部位参与上塔精馏。
从粗氩冷凝器板式单元引出适量的含O2≤2 PPm的粗氩气进入纯氩塔中部，经纯氩塔的精馏，在其底部得到合格的液氩，除一部分作为产品经调节阀送出冷箱进入液氩贮存系统外，其余与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与纯氩塔的精馏。而液化后的液氮返回上塔顶部参与上塔的精馏。纯氩塔顶部设有冷凝器，使上升气氩冷凝成液体作为纯氩塔的回流液，该冷凝器的冷源为来自过冷器后的液氮，液氮蒸发后返回污氮出上塔管线。
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