低温空气分离装置的工作原理与工艺流程
低温空气分离装置的工作原理与工艺流程
低温空气分离装置是获取高纯度氧气、氮气等工业气体的重要设备。本文将详细介绍低温空气分离装置的工作原理和工艺流程，帮助读者了解这一领域的基本知识和技术原理。
我们始终致力于开发和创新节能技术与设计，为需求市场提供全面的空气处理、液化和蒸馏解决方案。特别是在天然气生产行业，我们在科研、设计、咨询、服务、整体解决方案提供、制造、营销、工程项目实施、设备安装与调试等多个环节，都能提供从100nm³/h至20,000nm³/h各种规模的低温空气分离装置。
低温空气蒸馏过程主要包括以下几个关键步骤：
空气的预处理、压缩与冷却：首先，通过过滤装置去除空气中的杂质。随后，空气被压缩并通过多级冷却器进行降温，以去除部分水蒸气。
二氧化碳的脱除：在进入下游设备之前，必须去除空气中的水蒸气和二氧化碳，以防它们在低温下冻结并阻塞设备。这通常通过分子筛实现，分子筛的微小孔隙能够选择性地吸附二氧化碳和剩余水蒸气。
热交换与降温：经过预处理的空气进入热交换器，利用来自低温蒸馏装置的冷产品和废气进行热交换，使空气温度进一步降低至适合下游处理的水平。
空气蒸馏：蒸馏过程通常在一个或多个蒸馏塔中进行。为了分离氮气，通常只需一个蒸馏塔；而分离氧气则需要两个蒸馏塔，一个在高压下运行，另一个在低压下运行。氧气从塔的底部产出，氮气从顶部产出。由于氩气的沸点接近氧气，它通常与氧气一起产出，因此需要进一步处理以提高氧气的纯度。
工艺简介
空气首先经过吸入空气过滤器，经过这一步骤，其中的灰尘和其他机械杂质被有效去除。随后，清洁的空气被空压机压缩至1.0MPa的压力。压缩后的空气进入空气预冷系统，通过冷却处理降至8℃，并在水分离器中分离出冷凝水。
紧接着，空气进入分子筛吸附器进行深度净化。这里我们采用两台分子筛吸附器进行交错循环操作，确保一台在吸附杂质时，另一台则利用精馏塔产生的废氮进行再生，以恢复其吸附能力。
经过分子筛吸附器净化后的空气被分为两路。一路直接进入精馏塔，在这里，空气通过主热交换器被返回的废氮、氧气以及透平膨胀机产生的空气冷却，随后进入下塔。在下塔中，空气被有效地分离成纯氮和富氧液态空气。
在下塔顶部，纯氮气被送入蒸发冷凝器，被来自下塔的富氧液态空气冷凝。得到的液氮一部分回流至下塔，以确保蒸馏过程的稳定；另一部分则被抽取出来，作为液氮产品储存于储罐中。
另一路净化后的空气则首先进入主热交换器，从中部冷端流出后，进入透平膨胀机。在这里，空气经过膨胀产生大量的冷量，满足整个装置运行的需求。膨胀后的空气再次返回主热交换器进行热交换。
最后，从蒸发冷凝器顶部出来的废氮被入口的热空气加热，一部分用于再生分子筛吸附器，确保吸附器能够持续有效地工作；而另一部分则被放空，以保持系统的平衡。