三塔真空变压吸附制氧工艺在铜冶炼领域中的应用
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三塔真空变压吸附成都华西化工科技股份有限公司，四川 成都 ６１００００）
摘 要 ：本文详细介绍了三塔真空变压吸附制氧工艺在铜冶炼领域中应用的项目背景、性能保证、工艺流程特点与优
势、主要工艺设备配置、技术参数、设备选型、总结展望。
关键词 ：真空变压吸附制氧装置 ；三塔流程 ；首套 ；专利 ；大型 ；一机拖两泵 ；金属密封扭矩关闭型蝶阀
中图分类号 ：ＴＱ０２８．１５ 文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２０）０８－０２４６－３
The application of three tower vacuum PSA process in copper smelting
NAN Zhu, HU Xue-kui, YANG Jiong-liang
2 装置性能保证
表 1 HXKJ-2x10000/90 型真空变压吸附制氧装置技术指标
序号 01 02 03 04
项目 产品氧气产量
氧气纯度
氧气送出压力 生产能力调节
范围
技术指标 20000Nm3/h ；（折合纯氧 18000Nm3/h 0℃，101.325kPa)
≥ 90％ (Vol)
≥ 5kPa
（Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｈｕａｘｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ， ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅ， ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ， ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ， ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ， ｓｕｍｍａｒｙ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｔｏｗｅｒ ｖａｃｕｕｍ ＰＳＡ ｏｘｙｇｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｓｍｅｌｔｉｎｇ． Keywords: ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｐｌａｎｔ； ｔｈｒｅｅ ｔｏｗｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｆｉｒｓｔ ｓｅｔ； ｐａｔｅｎｔ； ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ； ｏｎｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｗ ｔｗｏ ｐｕｍｐｓ； ｍｅｔａｌ ｓｅａｌｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｃｌｏｓｅｄ ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｖａｌｖｅ
50%~105%
备注
可 在 85%~95% 之间调节 波动范围 ±3kPa
05
启动时间
（初次开车）≤ 30min （正常停车后启动）≤ 20min
收稿日期 ：２０２０－０４ 作者简介 ：南竹，男，生于 １９８３ 年，河南许昌人，本科，工程师，研究方 向 ：化学工程与工艺。
06
运行方式
≥ 350d/a，24h/d
07 电单耗（纯氧） ≤ 0.33±0.02kWh/Nm3
08
程控阀门
三偏心金属密封扭矩关闭型 成都华科专利
蝶阀
产品
09 阀门密封件寿命
≥ 400 万次
3 工艺流程的特点与优势 该工艺过程一般包括三个工序，过滤工序、纯化工序和
氧气增压工艺。工艺过程如图 1 所示。 作为工艺过程中的核心 - 纯化工序，其工艺采用成都华
基于以上原理，相比于单床、两床或者四床制氧工艺， “三塔流程”工艺的优点如下 ：
①系统的产品氧气的收率更高，能耗更低。②完全解决 了两塔真空变压吸附制氧系统鼓风机或真空泵不能连续工 作的致命问题。③鼓风机与真空泵完全连续工作，鼓风机和 真空泵效率高，能耗更低。④压力能和真空能可完全利用， 系统效率高，能耗更低。⑤鼓风机出口压力波动小，鼓风机 载荷波动小，风机轴承寿命长，长期稳定性、可靠性更高。 ⑥可实现故障自动切塔功能，自动切至两塔流程后，用户可 进行在线检修，系统可靠性更高，稳定性更高。⑦可连续输 送产品氧气，压力波动小，后续加压设备入口载荷波动小， 对后续设备寿命、稳定性、可靠性提供有利保证。
4 装置优势 本装置的优势显著，工艺先进，技术成熟，能耗低，运
行成本低。主要体现在以下几方面 ：①采用“三塔流程”工 艺，系统可实现故障自动切两塔功能和在线修复，完全解决 了两塔工艺因故障必须停车的致命问题，保证了装置的高可
1 项目背景 刚果（金）年处理 400kt 铜精矿（干）粗铜冶炼项目，位
于刚果（金）卢阿拉巴省，由中国有色矿业集团有限公司和 云南铜业（集团）有限公司共同投资的卢阿拉巴铜冶炼股份 有限公司（以下简称 LCS）负责建设。本项目选定的冶炼工 艺采用赤峰云铜侧吹熔炼 + 多喷枪顶吹吹炼，配套一台还原 电炉处理熔炼渣提钴，一台双圆盘浇铸机浇铸粗铜。制酸和 脱硫系统采用一转一吸 + 可再生法有机胺脱硫工艺。最重要 的是，采用工业氧气代替部分或全部空气中的氮气形成富氧 空气送至熔炼炉和吹炼炉。成都华西化工科技股份有限公司 （以下简称成都华科）向 LCS 提供 HXKJ-2x10000/90 型真 空变压吸附制氧装置（以下简称本装置），为熔炼炉和吹炼炉 提供富氧空气。本装置建成并完成试运行和成功投产后，成 为国际上首套“三塔真空变压吸附制氧工艺”（以下简称“三 塔流程”）大型制氧装置（单套装置氧气产量≥ 10000Nm3/ h），也是国际上首套应用于铜冶炼领域中的“三塔流程”大 型制氧装置。本装置运行状况优秀，各项指标均达到用户要 求，也完全满足 LCS 熔炼炉和吹炼炉的用氧需求。
科的专利流程 ：《一种三塔真空变压吸附制氧系统及其制氧 方法》（专利号 ：CN201710659064）；区别于其他变压吸 附制氧工艺，此工艺的原理是氮氧分离系统中的吸附塔每次 吸附产氧过程产出的产品气前段高氧浓部分进入氧气平衡 罐 A 作为制氧系统产品气，后段低氧浓部分在氧气平衡罐 B 内按照其产出的氧气浓度梯度驻留，相应吸附塔转入产品气 升压步骤时，作为产品气升压气回流吸附塔升压。
摘 要 ：本文详细介绍了三塔真空变压吸附制氧工艺在铜冶炼领域中应用的项目背景、性能保证、工艺流程特点与优
势、主要工艺设备配置、技术参数、设备选型、总结展望。
关键词 ：真空变压吸附制氧装置 ；三塔流程 ；首套 ；专利 ；大型 ；一机拖两泵 ；金属密封扭矩关闭型蝶阀
中图分类号 ：ＴＱ０２８．１５ 文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２０）０８－０２４６－３
The application of three tower vacuum PSA process in copper smelting
NAN Zhu, HU Xue-kui, YANG Jiong-liang
2 装置性能保证
表 1 HXKJ-2x10000/90 型真空变压吸附制氧装置技术指标
序号 01 02 03 04
项目 产品氧气产量
氧气纯度
氧气送出压力 生产能力调节
范围
技术指标 20000Nm3/h ；（折合纯氧 18000Nm3/h 0℃，101.325kPa)
≥ 90％ (Vol)
≥ 5kPa
（Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｈｕａｘｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ， ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅ， ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ， ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ， ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ， ｓｕｍｍａｒｙ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｔｏｗｅｒ ｖａｃｕｕｍ ＰＳＡ ｏｘｙｇｅｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｓｍｅｌｔｉｎｇ． Keywords: ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｘｙｇｅｎ ｐｌａｎｔ； ｔｈｒｅｅ ｔｏｗｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｆｉｒｓｔ ｓｅｔ； ｐａｔｅｎｔ； ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ； ｏｎｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｗ ｔｗｏ ｐｕｍｐｓ； ｍｅｔａｌ ｓｅａｌｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ ｃｌｏｓｅｄ ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ ｖａｌｖｅ
50%~105%
备注
可 在 85%~95% 之间调节 波动范围 ±3kPa
05
启动时间
（初次开车）≤ 30min （正常停车后启动）≤ 20min
收稿日期 ：２０２０－０４ 作者简介 ：南竹，男，生于 １９８３ 年，河南许昌人，本科，工程师，研究方 向 ：化学工程与工艺。
06
运行方式
≥ 350d/a，24h/d
07 电单耗（纯氧） ≤ 0.33±0.02kWh/Nm3
08
程控阀门
三偏心金属密封扭矩关闭型 成都华科专利
蝶阀
产品
09 阀门密封件寿命
≥ 400 万次
3 工艺流程的特点与优势 该工艺过程一般包括三个工序，过滤工序、纯化工序和
氧气增压工艺。工艺过程如图 1 所示。 作为工艺过程中的核心 - 纯化工序，其工艺采用成都华
基于以上原理，相比于单床、两床或者四床制氧工艺， “三塔流程”工艺的优点如下 ：
①系统的产品氧气的收率更高，能耗更低。②完全解决 了两塔真空变压吸附制氧系统鼓风机或真空泵不能连续工 作的致命问题。③鼓风机与真空泵完全连续工作，鼓风机和 真空泵效率高，能耗更低。④压力能和真空能可完全利用， 系统效率高，能耗更低。⑤鼓风机出口压力波动小，鼓风机 载荷波动小，风机轴承寿命长，长期稳定性、可靠性更高。 ⑥可实现故障自动切塔功能，自动切至两塔流程后，用户可 进行在线检修，系统可靠性更高，稳定性更高。⑦可连续输 送产品氧气，压力波动小，后续加压设备入口载荷波动小， 对后续设备寿命、稳定性、可靠性提供有利保证。
4 装置优势 本装置的优势显著，工艺先进，技术成熟，能耗低，运
行成本低。主要体现在以下几方面 ：①采用“三塔流程”工 艺，系统可实现故障自动切两塔功能和在线修复，完全解决 了两塔工艺因故障必须停车的致命问题，保证了装置的高可
1 项目背景 刚果（金）年处理 400kt 铜精矿（干）粗铜冶炼项目，位
于刚果（金）卢阿拉巴省，由中国有色矿业集团有限公司和 云南铜业（集团）有限公司共同投资的卢阿拉巴铜冶炼股份 有限公司（以下简称 LCS）负责建设。本项目选定的冶炼工 艺采用赤峰云铜侧吹熔炼 + 多喷枪顶吹吹炼，配套一台还原 电炉处理熔炼渣提钴，一台双圆盘浇铸机浇铸粗铜。制酸和 脱硫系统采用一转一吸 + 可再生法有机胺脱硫工艺。最重要 的是，采用工业氧气代替部分或全部空气中的氮气形成富氧 空气送至熔炼炉和吹炼炉。成都华西化工科技股份有限公司 （以下简称成都华科）向 LCS 提供 HXKJ-2x10000/90 型真 空变压吸附制氧装置（以下简称本装置），为熔炼炉和吹炼炉 提供富氧空气。本装置建成并完成试运行和成功投产后，成 为国际上首套“三塔真空变压吸附制氧工艺”（以下简称“三 塔流程”）大型制氧装置（单套装置氧气产量≥ 10000Nm3/ h），也是国际上首套应用于铜冶炼领域中的“三塔流程”大 型制氧装置。本装置运行状况优秀，各项指标均达到用户要 求，也完全满足 LCS 熔炼炉和吹炼炉的用氧需求。
科的专利流程 ：《一种三塔真空变压吸附制氧系统及其制氧 方法》（专利号 ：CN201710659064）；区别于其他变压吸 附制氧工艺，此工艺的原理是氮氧分离系统中的吸附塔每次 吸附产氧过程产出的产品气前段高氧浓部分进入氧气平衡 罐 A 作为制氧系统产品气，后段低氧浓部分在氧气平衡罐 B 内按照其产出的氧气浓度梯度驻留，相应吸附塔转入产品气 升压步骤时，作为产品气升压气回流吸附塔升压。