浅谈变压吸附制氧技术的主要特点

文献 标识 码 A
文章编号 1004- 0862( 2007) 05( a) - 0019- 02
氧气作为一种重要原料在化学工业中用途广泛 传统获得氧 气的方法主要通过低温精馏法 即深冷法 其投资大 能耗高 操 作复杂 仅适用于大规模制氧领域 变压吸附法是20世纪60年代 才开发成功的 由于其灵活 方便 自动化操作 投资少 能耗 低等优点 得到了快速发展
1 电解液预热的必要性 蒸发过程中, 电解液预热温度作为主要的工艺操作条件之一,
尤为重要 通过计算, 电解液温度每升高10 , 加热蒸汽消耗量 可节省170kg/ t , 占总耗的5%左右 在一般工序中电解液送至蒸 发时, 温度只有75 左右, 采用三效四体两段顺流蒸发操作, 效 溶液沸点145 , 就是说, 要将电解液加热到沸点温度, 电解液温 升达70 , 若完全用生蒸汽加热, 则仅用于电解液预热的汽耗即 达1190kg/ t 碱 如果预热温度接近进料 效的沸点, 则对蒸发 装置的稳定运行和降低加热蒸汽用量大有益处, 一般, 电解液使用 蒸发的冷凝水显热来预热 由于预热工艺和装置不够完善, 预热 后电解液的温度往往比蒸发器内料液的沸点低得多, 这就不可避 免地要在蒸发器内继续预热而消耗一部分加热蒸汽 据资料报 道, 目前多数氯碱厂电解液预热后的温度要比进料效的沸点低 45 50 , 引起蒸汽消耗增加0. 7 0. 9t / t 100%Na OH, 占蒸发 总汽耗的25% 30%, 因此, 为了节约蒸汽, 应采取措施, 提高电解 液预热温度
由于深冷分离氧 氮的过程是在极低的温度下进行的 设 备在正常运行前必须有预冷启动这一耗能过程 启动时间通常在 6h 以上 变压吸附技术制氧通常在 30mi n 左右便可获得纯度为 93. 5 %的产品氧 3. 3 可 随时停机
深冷空分法制氧设备不宜随时停机 而且停机过程复杂 再恢复运行困难 因此适宜长时间连续运行 变压吸附制氧设 备既能长期运行 又可随时停机 再启动简单 需时较短 3. 4 产品纯 度可任意 调节
2 常用电解液预热器介绍 2. 1 列管式 换热器
列管式电解液预热器应用比较普遍, 通常卧式放置, 电解液走 管内, 冷凝水走管间, 逆流方式, 为了提高两种流体的流速, 在管程 和壳程均有程间隔板, 管程数常为 4 6 程, 壳程中约间隔 30 50cm设置一块程间隔板 使用冷凝水的电解液预热器的传热系
2 变压吸附制氧原理 2. 1 基 本原理
变压吸附制氧原理是利用沸石分子筛对气体混合物中各组分 的吸附能力的差异 吸附容量随压力的变化而变化的特性 在 平衡状态下 分子筛优先吸附氮气组分 在提高压力状态下
氮的吸附高于低压时的吸附容量 分子筛的脱附再生是靠改变操
作压力来实现的 即加压吸附 减压脱附 从而达到 O2 N2
铝层除去大部分水分 然后进入分子筛床层 由分子筛吸附掉空
气中的
N 2
CO 2
及剩余的水分
氧和氩穿过床层富集于吸附器
的上部 通过管道引入氧气贮罐 当 A1 塔吸附时 A2 塔通过消
声器通大气降压再生 再生时由上部引入一股氧气进行反吹 将
存留于死空间的 N2 赶出吸附器 降低吸附器内 N2 的分压 以
利吸附于分子筛内的 N2 尽可能多的解吸出来 当 A1 塔内的分
O 2
从吸附器上部排出
并
进入缓冲罐再送出界区 二是脱附 当一个吸附器
吸附饱和后 首先经过一次均压降压 然后由真空
泵对其抽真空 抽至再生压力 这时吸附在分子筛
上的
N 2
HO 2
CO 2
等气体被脱附
通过消音
器排向大气 三是加压 吸附器脱附后 经过一次
均压升压 和产品氧气及压缩空气加压至吸附压
力 以准备下一循环的吸附 该流程具有吸附压力
子筛吸附饱和时 A2 塔已再生完毕 此时停止进气和出气 将
两塔连通进行均压 以回收部分能量 减少能耗 这样两只吸
附器循环交替工作 即可连续得到产品氧气 该工艺的特点
是 设备简单 一次性投资低 装置可靠性高 但提取率低
能耗偏高 一般适用于 100m3/ h 以下的变压吸附制氧企业
2. 2. 2 真空再生法
工艺与设备 2007. NO. 09 化工之友
浅谈变压吸附制氧技术的主要特点
曾征 广州市 维通工业气体技术有 限公司 广东广州 511442
摘 要 介绍了变压吸附制氧技术的发展概况 阐述了变压吸附制氧技术的工作原理及流程 介绍了该技术与传统深冷
空分制氧的优点
关键词 变压吸附 空分技术 制氧
中图分类号 T1 8
1 变压吸附制氧技术发展概况 1959 年 美国埃索公司首次开发成功变压吸附( PSA) 技术
应用于空气干燥装置 1970年 美国联合碳化物公司将变压吸 附装置用于氢气分离纯化 并首次实现了变压吸附四床工艺技术 工业化 20 世纪 70 年代初 美国联碳公司和德国 AG公司先后 开发成功变压吸附制取富氧装置 1975年 美国空气制品公司 推出了真空解吸的变压吸附技术 又一次促进了变压吸附空分装 置的 发展
09化工之友氧气作为一种重要原料在化学工业中用途广泛传统获得氧气的方法主要通过低温精馏法其投资大能耗高作复杂仅适用于大规模制氧领域变压吸附法是20世纪60年代才开发成功的由于其灵活方便自动化操作投资少能耗低等优点得到了快速发展变压吸附制氧技术发展概况1959美国埃索公司首次开发成功变压吸附psa技术应用于空气干燥装置1970年美国联合碳化物公司将变压吸附装置用于氢气分离纯化并首次实现了变压吸附四床工艺技术工业化20世纪70年代初美国联碳公司和德国ag公司先后开发成功变压吸附制取富氧装置1975年美国空气制品公司推出了真空解吸的变压吸附技术又一次促进了变压吸附空分装置的发展我国对变压吸附制氧技术的开发起步较早从1966年开始研究沸石分子筛分离空气制氧技术20世纪70年代psa分离空气制氧在钢铁冶炼和玻璃窑等工业领域已经得到了广泛的应20世纪90年代是我国变压吸附制氧技术突飞猛进向前发展的时期变压吸附制氧技术逐渐成熟有些产品的综合技术经济指标已经接近国外先进水平在近十年内我国变压吸附制氧技术日新月异发展迅速与世界先进水平之间的差距正在不断缩小基本原理变压吸附制氧原理是利用沸石分子筛对气体混合物中各组分的吸附能力的差异吸附容量随压力的变化而变化的特性平衡状态下分子筛优先吸附氮气组分在提高压力状态下氮的吸附高于低压时的吸附容量分子筛的脱附再生是靠改变操作压力来实现的即加压吸附减压脱附从而达到o2n2分离的目的工艺流程在我国目前变压吸附装置通常采用常压再生和真空再生两种方法常压再生法以双塔常压解吸设备的工艺流程为例空气经空压机压缩加压后进入缓冲罐缓冲稳压然后通过高效除油过滤器除去可能夹带的油污及冷凝水由下部进入a1吸附器吸附器的下部装填活性氧化铝上部为分子筛空气首先经过活性氧化铝层除去大部分水分然后进入分子筛床层由分子筛吸附掉空及剩余的水分氧和氩穿过床层富集于吸附器的上部通过管道引入氧气贮罐当a1塔吸附时a2塔通过消声器通大气降压再生再生时由上部引入一股氧气进行反吹存留于死空间的n2赶出吸附器降低吸附器内n2的分压利吸附于分子筛内的n2尽可能多的解吸出来当a1塔内的分子筛吸附饱和时a2塔已再生完毕此时停止进气和出气两塔连通进行均压以回收部分能量减少能耗这样两只吸附器循环交替工作即可连续得到产品氧气该工艺的特点设备简单一次性投资低装置可靠性高但提取率低能耗偏高一般适用于100m真空再生法以三塔工艺流程为例去灰尘和颗粒杂质然后
我国对变压吸附制氧技术的开发起步较早 从1966 年开始 研究沸石分子筛分离空气制氧技术 20世纪 70 年代 PSA 分离 空气制氧在钢铁 冶炼和玻璃窑等工业领域已经得到了广泛发 展的时期 变压吸附制氧技术逐渐成熟 有些产品的综合技术经 济指标已经接近国外先进水平 在近十年内 我国变压吸附制氧 技术日新月异 发展迅速 与世界先进水平之间的差距正在不断 缩小
以三塔工艺流程为例( 图 2) 空气首先进入空气过滤器 除
去灰尘和颗粒杂质 然后进入鼓风机进行加压 鼓风机出来的压
缩空气进入加热器 加热后的空气进入吸附器 为了连续产出氧
气 系统设置3只吸附器交替工作 每只吸附器分3个步骤进行工
作 一是吸附 空气由下而上通过吸附器 被选择性地吸附 同
时纯度为
93 %的 产 品
新型板式换热器在蒸发生产中的应用
冯建平 攀 钢集团钢城企业总公 司 四川攀枝花 617023
摘 要: 通过分析螺旋式换热器效果差的原因, 指出了提高电解液预热温度的措施 对预热器的改造情况进行了总结
关键词: 螺旋式换热器 预热器 蒸发
中图分类号 TF7
文献 标识 码 A
文章编号 1004- 0862( 2007) 05( a ) - 0020- 02
效蒸发器, 电解液在 效蒸发器蒸发部分水分后, 进入 效蒸发 器, 继续蒸发并析出部分食盐, 然后进入 效蒸发器, 当碱浓度提高 到19%, 食盐大部分结晶析出, 碱液和析出的NaCl 晶体混合一起经
3 . 1 流程 简单 设备 易造 深冷空分法是在高压低温下进行的 空气经多级压缩深冷至
液化 其工艺流程 设备制造复杂 安装要求高 安装周期 长 而变压吸附制氧工艺流程简单 设备易造 无需深冷高 压 在常温下用小于1MPa 的无油干燥压缩空气即可产出纯度为 93. 5%的氧气 3. 2 启动 迅速
深冷法制氧的纯度调节受多种因素制约 在其它条件不变的 情况下 变压吸附法制氧能自动无负荷运转 只需简单调节气
量 即可改变 产品纯度 3. 5 投资少
深冷空分装置占地面积大 工程造价高 变压吸附法装置 采用模块式结构 结构紧凑 占地面积小 使用3500m3/ h以下变 压吸附装置 总投资要比同规模深冷装置低约20 30% 3. 6 保 养及维修 方便
低 提取率高 单位能耗低等特点 但与常压再生
法相比 其工艺流程复杂 设备成本高 一般适用
于大中型的变压吸附制氧装置
3 变压吸附制氧的技术特点
与传统的深冷空分制氧技术相比 变压吸
图
图
附技术制氧有以下优点
F RIEND OF CHEMICAL INDUS TRY 19
工艺与设备 化工之友 2007. NO. 09
分离的目的
2. 2 工艺 流程
在我国 目前变压吸附装置通常采用常压再生和真空再生两
种方 法
2. 2. 1 常压再生法
以双塔常压解吸设备的工艺流程为例 图 1 空气经空
压机压缩加压后 进入缓冲罐缓冲稳压 然后通过高效除油过滤
器除去可能夹带的油污及冷凝水 由下部进入A1吸附器 吸附器
的下部装填活性氧化铝 上部为分子筛 空气首先经过活性氧化
数不高, 约 600 1000kJ / m2 h
列管换热器的优点: 结构
简单, 维修方便, 价格低廉; 缺点也较突出: 传热系数低, 体积较庞
大, 需耗用较多的金属材料
2. 2 螺 旋板式换 热器
螺旋板式预热器是由2张平行的薄钢板卷制而成的, 它有2
个互相隔开的螺旋形通道, 在预热器的中心, 有1块中心隔板,
螺旋板式预热器的优点: 传热系数高, 占地面积小, 性能优良;
缺点是电解碱液的腐蚀使螺旋板预热器易发生碱脆, 泄漏检修困
难
3 螺旋式电解液预热器使用情况 3. 1 蒸发流程 介绍
某厂烧碱生产规模为年产 10万t / a, 产品设计规格为30%液 碱, 采用三效四体两段顺流流程 电解来的稀碱经两级预热后至
变压吸附装置较简单 运转机器数量少 维修保养工作量 较少 深冷空分装置在低温下工作 回转机器较复杂 维修费 及保养时间比变压吸附装置多
参考文献 [ 1] 胡涛, 用高性能制氧分子筛变压吸附[ J ] , 南京化工大学学报,
2000, 22. [ 2] 顾飞龙. 变压吸附空气分离技术的开发与应用[ J] , 化工装备技
在隔板的两侧设有管口, 进入这两管口的流体可沿螺旋线分别
通过两个不同的通道导入冷却器最外层左右两侧的管口 在用
螺旋板式预热器预热电解液时, 电解液和冷凝水通过各自通道
两侧共用的壁面传递热量 由于在螺旋板预热器中, 电解液和
冷凝水的流速比在 列管式预热器中要高 得多, 传热系数可达
24 0 0 3 5 0 0k J / m2 h
术, 1999, 20.
20
F RIEND OF C HEM ICAL INDU S TRY