低壓氣體分離設備

低壓氣體分離設備由空氣壓縮系統、雜質凈化和換熱系統、制冷 系統和液化精餾 4個主要系統組成。相應的機械設備有空氣透平壓縮機、空氣冷卻塔、透平膨脹機和分餾塔等。低壓氣體分離設備的工作原理建立在液化循環(huán)和精餾理論基礎上進入的空氣先經空氣過濾器，而后由透平壓縮機空氣冷卻塔壓縮和冷卻到壓力為0.5兆帕、溫度為303K左右,再進入切換式換熱器(E1、E2)兩換熱器能清除空氣中的水和二氧化碳,并進行熱交換,把空氣冷卻到接近液化溫度(101K)后送入下塔，從下塔抽出一部分空氣送到換熱器(E2)加熱。加熱的空氣與下塔來的少量冷空氣匯合后進入透平膨脹機絕熱膨脹，產生需要的冷量，然后被送往上塔精餾。余下的空氣在下塔初步精餾。在底部得到含氧38%的液化空氣，在下塔的頂部得到含氮 99.99%的純液氮，在中部獲得含氮約95%的污液氮。液化空氣、純液氮、污液氮分別從下塔抽出通過節(jié)流閥減壓到約0.05兆帕，送入上塔作回流液，在此進行第二次深低溫精餾,在上塔底部得到含氧99.6~99.8%的高純度氧氣，流經換熱器(E4、E2、E1)與空氣進行熱交換，升溫到大氣溫度后排出塔外。在上塔頂部獲得含氮99.999%的高純度氮氣，在上塔中部得到含氮約96%的污氮，均經換熱器(E3、E4、E2、E1)復熱到大氣溫度后排出裝置。

選擇設備類型時應考慮產品種類、需求量和純度的要求，以及 電耗、安全連續(xù)運轉周期等因素。

低壓氣體設備由于電耗低、連續(xù)運轉周期長、經濟效益高，被廣泛采用。

從多組分原料氣中分離出單組分氣態(tài)和液態(tài)產品的深低溫設備。多組分原料氣通常指空氣、天然氣、焦爐氣、水煤氣、合成氨弛放氣和各種裂解氣等。常見的氣體分離設備有空氣分離設備、天然氣分離設備、合成氨弛放氣分離設備，以及焦爐氣、水煤氣分離設備和稀有氣體提取設備。

從氨合成塔的弛放氣中，通過深低溫法分離回收氫氮混合氣的氣體分離設備。弛放氣中含有大量有用氣體，以往僅作為燃料燒掉。合成氨弛放氣分離設備提取有用氣體，可增產約 5%的合成氨。因此，采用這種設備是合成氨廠重要的增產節(jié)約措施之一。

合成氨弛放氣分離設備的工作原理(圖2)就是利用各組分沸點的不同,通過分凝，將氫和其他組分分離開。氨的沸點高,易固化堵塞在管道中而影響設備的正常運行，必須先將弛放氣經水洗塔用軟水脫氨，再用硅膠吸附器除去水、二氧化碳和微量氨;在換熱器(E1)中受返流的氫氮混合氣和可燃廢氣冷卻，弛放氣被部分冷凝，其中甲烷、氬和部分氮被冷凝成液體，并進入分離器(Ⅰ)中分離。液體返回換熱器(E1)復熱氣化。從分離器(Ⅰ)頂部出來的氣體經換熱器(E2)進一步冷卻，在分離器(Ⅱ)中分離出產品氮、氫混合氣。氮氫混合氣經換熱器(E2)復熱后進入活塞式膨脹機進行絕熱膨脹，為低溫裝置提供冷量，然后經換熱器(E2、E1)復熱后出冷箱，按氫氮比為 3:1的比例配氮后，返回合成系統，再用壓縮機加壓，入合成塔合成為氨。富氮冷凝液在換熱器(E2、E1)氣化復熱后分兩部分:一部分作為吸附器的再生氣，另一部分作為廢氣通入鍋爐作為燃料使用。燃料廢氣中含有氬氣，還可在冷箱內另設氬塔加以回收。

焦爐氣、水煤氣分離設備 從焦爐氣、水煤氣中獲得氮氫混合氣的氣體分離設備。焦爐氣、水煤氣經預處理設備除去機械雜質后的組分見表2。

帶壓力的原料氣(焦爐氣、水煤氣)經脫除二氧化碳后在換熱器中逐級冷卻。丙烯、乙烯和甲烷等高沸點碳氫化合物組分在相應的冷凝溫度下分凝成液體，并通過分離器分離后排出;未被分凝的混合氣通往氮洗塔，在塔中以液氮洗滌，除去微量的碳氫化合物、一氧化碳和氧等雜質，從塔頂得到氫氮混合氣。水煤氣由于只含少量甲烷，無冷凝液產生。為補償冷量的不足，常用一組附加氮循環(huán)制冷設備，產生液氮供洗滌混合氣用。由焦爐氣分離設備和空氣分離設備組成的聯合裝置，則以空氣分離設備生產的液氮作洗滌液。