氣體分離設(shè)備

從天然氣中分離出乙烷以上的輕烴的氣體分離設(shè)備。天然氣深低溫分離輕 烴設(shè)備是在帶液透平膨脹機技術(shù)獲得成功后，逐步取代了傳統(tǒng)的冷凍油吸收法而發(fā)展起來的。70年代以來，采用這種方法的分離設(shè)備已在世界各地得到廣泛的應(yīng)用。圖1是天然氣分離設(shè)備的工作原理。帶壓力的原料氣經(jīng)分離器(Ⅰ)去除機械雜質(zhì)后進入吸附器，除去水、二氧化碳和硫化物，然后在換熱器中被返流冷氣流冷卻。沸點較高的烴冷凝下來，在分離器(Ⅱ)中分離出冷凝液。液態(tài)烴經(jīng)換熱器氣化復(fù)熱并將冷量轉(zhuǎn)給正流原料氣，然后進甲烷塔中部。在分離器(Ⅱ)頂部分離得到的氣體進入透平膨脹機冷卻后，又有部分烴氣冷凝出來。膨脹后帶液的氣體在分離器(Ⅲ)進一步分離分凝液而得到沸點更低的液態(tài)輕烴。液態(tài)輕烴進入甲烷塔頂部，與進入塔中部的氣流在塔內(nèi)進行精餾，使輕烴和甲烷分離，從甲烷塔頂部獲得干氣(甲烷)，在塔底部獲得液烴。甲烷氣與分離器(Ⅲ)頂部出來的干氣匯合，并進入換熱器復(fù)熱，再經(jīng)透平膨脹機鼓風(fēng)增壓后外送。

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(shè)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(shè)備提取有用氣體，可增產(chǎn)約 5%的合成氨。因此，采用這種設(shè)備是合成氨廠重要的增產(chǎn)節(jié)約措施之一。

合成氨弛放氣分離設(shè)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(shè)備的正常運行，必須先將弛放氣經(jīng)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(fù)熱氣化。從分離器(Ⅰ)頂部出來的氣體經(jīng)換熱器(E2)進一步冷卻，在分離器(Ⅱ)中分離出產(chǎn)品氮、氫混合氣。氮氫混合氣經(jīng)換熱器(E2)復(fù)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(jīng)換熱器(E2、E1)復(fù)熱后出冷箱，按氫氮比為 3:1的比例配氮后，返回合成系統(tǒng)，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(fù)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(nèi)另設(shè)氬塔加以回收。

焦?fàn)t氣、水煤氣分離設(shè)備 從焦?fàn)t氣、水煤氣中獲得氮氫混合氣的氣體分離設(shè)備。焦?fàn)t氣、水煤氣經(jīng)預(yù)處理設(shè)備除去機械雜質(zhì)后的組分見表2。

帶壓力的原料氣(焦?fàn)t氣、水煤氣)經(jīng)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(yīng)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(zhì)，從塔頂?shù)玫綒涞旌蠚?。水煤氣由于只含少量甲烷，無冷凝液產(chǎn)生。為補償冷量的不足，常用一組附加氮循環(huán)制冷設(shè)備，產(chǎn)生液氮供洗滌混合氣用。由焦?fàn)t氣分離設(shè)備和空氣分離設(shè)備組成的聯(lián)合裝置，則以空氣分離設(shè)備生產(chǎn)的液氮作洗滌液。

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

低壓氣體設(shè)備由于電耗低、連續(xù)運轉(zhuǎn)周期長、經(jīng)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(chǎn)品的深低溫設(shè)備。多組分原料氣通常指空氣、天然氣、焦?fàn)t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(shè)備有空氣分離設(shè)備、天然氣分離設(shè)備、合成氨弛放氣分離設(shè)備，以及焦?fàn)t氣、水煤氣分離設(shè)備和稀有氣體提取設(shè)備。

低壓氣體分離設(shè)備由空氣壓縮系統(tǒng)、雜質(zhì)凈化和換熱系統(tǒng)、制冷 系統(tǒng)和液化精餾 4個主要系統(tǒng)組成。相應(yīng)的機械設(shè)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(shè)備的工作原理建立在液化循環(huán)和精餾理論基礎(chǔ)上進入的空氣先經(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)換熱器(E3、E4、E2、E1)復(fù)熱到大氣溫度后排出裝置。