5000 Nm3/h空分的两种内压缩流程比较 5000 Nm3/h空分的两种内压缩流程比较

5000 Nm3/h空分的两种内压缩流程比较

  • 期刊名字:低温与特气
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  • 论文作者:丁传琪
  • 作者单位:中国空分设备有限公司
  • 更新时间:2020-03-23
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第31卷第2期低温与特气VoL 31. No. 22013年4月Low Temperature and Specialty GasesApr,20135000Nm3/h空分的两种内压缩流程比较丁传琪(中国空分设备有限公司,浙江杭州310051)搞要:空分内压缩流程因其多变性和灵活性而广泛应用于空分领域。以某5000Nm3/h空分项目为例,循序渐进介绍了如何分析产品指标和选取合理可行的工艺流程方案,并就两种内压缩流程组织形式进行了投资、能耗及适用性等多方面的比较,论证今后对于内压缩流程深入研发的广阔前景。关键词:空分;内压缩;能耗;比较中图分类号:TB652文献标志码:B文章编号:107-7804(2013)02-0018-04doi:10.3969/ J.Issn.1007-7804.2013.02.006Comparison of Two Kinds of Inner Compression ProcessFor 5000 Nm/h Air Separation PlantDING ChuanqiChina National Air Separation Plant Co, Ltd., Hangzhou 310051, China)Abstract: As its variability and Flexibility, inner compression process is widely used in air separation field. Take a 5000Nm/h air separation plant as an example, introduce how to analyze the product index and how to select the reasonable andfeasible process flow. By comparing the two kinds of inner compression process flow with investment, energy consumptionand application, to demonstrate the necessary of in-depth research and the development prospect of inner compressionKey words: air separation; inner compression; energy consumption; comparison0引言衰1产品规格近年来,内压缩空分流程以其安全性和产品的Table 1 Products specification多样性越来越受到冶金及化工企业的推崇。另一方产品产量纯度出界区压力面,内压缩流程的组织形式富含变化,在制定技术氧气5000Nm3/h≥99.7%O22.5b方案阶段往往可根据用户的实际需求,包括产品种液氧250kg/h≥97%021.4b类、产品产量、压力等级等,对常规内压缩流程组氮气I8000Nm3/h≥99.0%N25.0bar织形式做出相应的优化,来寻求最符合用户产品要求的流程组织,以达到减少投资、节能降耗的目氮气Ⅱ2000Nm3/h≤1×10-°024.0bar的。本文将通过一个实例,从最初获取用户产品要液氮100kg/h≤1x10022.0bar求开始,分析并选取两种流程组织形式进行比较,注:1)Nm3/h为标准立方米,无特别注明,压力均指来共同探讨如何选取适合的内压缩流程组织形式。表压;2)1bar=0.1MPa1要求2分析某5000Nm3/h空分出口项目,用户产品要求见表1,氧产品要求采用内压缩。产品要求中,氧气压力0.25MPa,靠主冷液收稿日期:2013-01407第2期丁传琪:5000Nm3/h空分的两种内压缩流程比较氧自增压已无法达到,需采用液氧泵。两种氮气产空气中饱和含湿量减少,这对于分子筛吸附器的吸品中,200Nm3/h氮气Ⅱ产品可由下塔顶部抽取附工况是有利的。然而,随着排压的提高也将使空压力氮气获得;氮气产品I可抽取上塔顶部低压氮压机能耗增加,这时我们可考虑采用膨胀空气进下气经氮压机外压缩得到。下塔氮纯度要求高,氮气塔的流程组织形式来提高装置整体的提取率,通过I和液氮产品均取自下塔顶部,要求下塔有较大的降低空压机排气量来控制能耗指标。回流比,会造成上塔回流液减少,降低上塔回流由此,通过分析得出两种相对合理且可行的内比,影响上塔氧产品提取率。液体产品比例小,所压缩流程组织:第一种,膨胀空气进上塔流程;第需冷量相比常规内压缩流程少,膨胀量不会很大。二种,空压机一压到底,膨胀空气进下塔流程。根据以上分析结果,认为本装置虽然上塔回流比会偏小,但总体液体产量少,膨胀量不大,可考3比较虑采用膨胀空气进上塔流程,充分利用上塔精馏潜力。另外,采用膨胀空气进上塔流程,将减少内压缩流程中增压机的排气量,相比常规增压机中抽膨3.1流程比较膨胀空气进上塔流程:出分子筛纯化系统的空胀空气进下塔流程能耗会有明显降低。换一个思路分析,本装置氧气产品压力低,只有0.25MPa气除去用作仪表空气部分外,其余分三路:第一路空气直接进入主换热器,被返流出来的气体冷却接与其换热的高压空气压力估计也在几MPa左右,a左石,近露点抽出,直接进下塔参与精馏;第二路空气进如果釆用增压机增压,则需1级或2级叶轮的增压入空气增压机组增压后进入主换热器,被液化后节机,设备投资将增加。这时我们想到能否取消增压机,而采用空压机多加一级叶轮将原料空气一压到流进下塔参与精馏;第三路空气进入增压透平膨胀机增压,经主换热器冷却至一定温度后去膨胀机膨底的方式来简化流程。另外,空压机排压的提高使胀,膨胀后进上塔参与精馏。GN2PGN2PGODK1ATC1图1膨胀空气进上塔流程ig 1 Process of expanded air feed to low pressure column空压机一压到底,膨胀空气进下塔流程:出分出来的气体冷却接近露点抽出,经节流进下塔参与子筛纯化系统的空气除去用作仪表空气部分外,其精馏;第二路空气进入空气膨胀机增压端增压,进余分三路:第一路空气直接进入主换热器,被返流主换热器被液化后节流进下塔参与精馏;第三路低温与特气第31卷空气经主换热器冷却至一定温度后进入膨胀机膨胀端膨胀,膨胀后进下塔参与精馏。GN2NC PGN2C2C1LO2 LN2图2膨胀空气进下塔流程Fig. 2 Process of expanded air feed to pressure column3.2主要配套机组比较表4透平膨胀机组表2主空压机(包含仪表气及各种损失)Table 4 Eion turbineTable 2 Main air compressor(inclthe instrument air and the loss项目膨胀空气空压机一压到底,进上塔膨胀空气进下塔膨涨空气空压机一压到底项目膨胀端流量14000”进上塔膨胀空气进下塔进/排气压力/MPa(A)0.749/0.1451.010/0.572进气压力/MPa(A)0.098进气温度进气温度/℃排气量/Nm3h28700增压端流量8000排气压力/MPa(A)1.07轴功率/kW进排气压力/MPa(A)0.5840.7791.05/1.245冷却水量/m3h1~182~222油泵轴功率/kW3.63.8表3增压机却水量/m3,hTable 3 Booster air compressor3.3能耗比较项目膨胀空气空压机一压到底,表5能耗比较进上塔膨胀空气进下塔Table 5 Comparison of energy consumption进气压力/MPa(A)0.584躑胀空气空压机一压到底项目进气温度℃进上塔膨胀空气进下塔排气量/Nm3h终端电耗/kW3724排气压力/MPa(A)能耗指标/kW·Nm-30.2550排气温度/℃这里的能耗指软件计算所得的装置终端电机功轴功率/kW率消耗(包括氮压机功耗),能耗指标指制取单位冷却水量/m3h1标准立方米氧、氮产品(包括液体产品,液体产第2期丁传琪:5000Nm3/h空分的两种内压缩流程比较品按3倍气体产品折算)所需能耗,比较结果如现,采用此流程组织的能耗指标要高于膨胀空气进表5上塔流程,即使当液氮产量提至350kg/h时,其单位产品能耗指标约为02456kW/Nm3,依然比4结论膨胀空气进上塔流程要高出约4%。总之,无论采用哪种流程组织形式都必须对各自流程的优缺点做出全面充分的考量,最终还是要通过详细的流程计算以及各项数据的比较,我依据用户的实际需求和操作习惯来选取最适合的流们可以发现,上述两种流程组织形式都有着各自的程。本文通过举以上这个例子,也正是想表明这一特点。点。目前,内压缩流程在空分工艺中的运用已十分膨胀空气进上塔流程:从比较中可以看出,此广泛,各个行业厂家对此也有着各自不同的理解流程能耗指标较膨胀空气进下塔流程低约75%正是由于内压缩流程的灵活性与多变性,才更需要运行成本较低,但从设备投资上来看,需多增加一我们对此有更深刻的认识,只有通过多优化多比较台小增压机,投资成本略高。另外,从空压机排气才能找到最合适的流程组织。除了常规的内压缩流量的比较中可以发现,采用膨胀空气进上塔流程程之外,若液体产量所占比例很少,可考虑膨胀空装置的氧提取率偏低,只有9%左右。还有一点气进上塔流程;若液体产量所占比例很大,可考虑需要指出的是,采用膨胀空气进上塔流程,上塔的空气循环或氮气循环流程,有时我们甚至采用双膨回流比已接近下限,故工况调节范围相对较窄,液胀机流程;若下塔抽取较多压力氮气、液氮产品或体产品的产量难以加大,上塔精馏效果对工况的变氮纯度要求很高时,往往采用膨胀空气进下塔流程化于十分敏感。……,而这些流程各自又有着诸多的变化,这些都空压机一压到底,膨胀空气进下塔流程:通过需要我们在今后的流程开发设计中进一步探讨。流程的优化,取消了独立的增压机,采用多一级叶轮的空压机来替代。从流程组织上来看,工艺流程参考文献得到进一步简化,机组间的配管将十分简便。从设(1]李化治.制氧技术[M].2版.北京:冶金工业出版备投资上看,目前国产空压机制造工艺成熟,运行社,2009性能稳定,价格上与同时购置空压机、增压机两台[2]汤学忠,顾福民.新编制氧工问答[G].北京:冶金机组相比有明显优势。另外,采用膨胀空气进下塔工业出版社,2004流程,空压机排气量较膨胀空气进上塔流程减少约2100Nm/h,装置氧提取率已达9%以上,且上作者简介:塔回流比能够得到充分保证,工况变负荷能力强,丁传琪(1982),男,副主任设计师,2005年毕业于液体产品尤其是液氮产品产量有较大的调节空间。浙江大学过程装备与控制工程专业,现在中国空分设备有经流程计算,在其他产品产量不变的情况下,液氮限公司设计开发部从事空分设计工作。产量最大能达到约350kg/h。但是,通过比较也发林德欲在华新建6套空分裴置林德公司计划在银川市为神华宁夏煤业集团将供应400万va的CTL装置。该CT项目是全和神华物资集团新建6套空气分离装置。神华宁球最大的此类项目之一。林德公司将负责包括设夏煤业集团是中国最大的煤化工公司神华集团的计、机械和设备的供应、现场的监督服务、冷却子公司。这6套空气分离装置将向神华宁煤位于箱的交钥匙以及培训等。这些装置按计划将在宁东能源化工基地的煤制油(CT)工厂供应氧2015年建成投用气,每套的设计能力约为10万m3/h,所产氧气

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