一、产品概述 1.1.产品名称和主要理化性质 1.1.1.产品名称 氧气:分子式O2 英文名称:Oxygen 氮气:分子式N2 英文名称:Nitogen 氩气:分子式Ar 英文名称:Argen 1.1.2.主要理化性质 (1)氧气的理化性质 ①氧是地球上分布最广的化学元素之一,它的游离状态存在于空气中。按容积计算,空气中氧的含量为20.95%,氧以化合物状态存在于水和含氧矿物、石层和动物中。 ②氧在常温及常压下为无色、无嗅、无味的气体。在标准状态下(温度为0℃,压力为0.101MPa)1m3氧气的重量为1.429Kg,氧在常压下冷却至-183℃时变成天兰色透明的易流动的液体,1L液体重1.14 Kg,蒸发时生成800L气态氧气(温度20℃,压力为0.101MPa)将液氧继续冷却至-218.4℃时凝固成兰色的结晶体。 ③氧具有感磁性。其质点在磁铁的作用下可带磁性,并可被磁极所吸引。 ④氧可以助燃,它与可燃气体(乙炔、氢、甲烷)按一定比例混合形成爆炸性混合物。各种不同的油脂在与压缩的氧气接触时可发生自燃现象。因为氧的化学性质很活泼,它非常容易与其它物质化合成化合物,即发生氧化反应。氧化反应在纯氧中进行其过程异常剧烈,同时放出大量的热。 (2) 氮气的理化性质: ①氮在自然界中分布很广,在空气中按容积计算为78.03%,一切生物都是含氮的有机化合物。 ②在常温、常压下,氮是无色无味的气体,比空气轻。在标准状态下1m3氮气重为1.25Kg,在常压下冷却至-195.8℃时变成无色透明易流动的液体。将氮继续冷至-210℃时凝固成固体物质。 ③氮的化学性质不活泼,在通常情况下表现为很大的惰性,不容易与其它物质发生化学反应。因此,用氮作保护气体,而在加热时与锂、镁、钨等金属化合。 ④由于氮气有很大的惰性,氮气对人体有窒息作用。所以在作业场所应充分重视其窒息危险性。 (3) 氩气的理化性质 氩气为无色无嗅、无毒的惰性气体,在空气中含量为0.93%,在0℃及0.101MPa条件下氩气重1.784 Kg,每升液氩重1.41 Kg,在0℃压力下可汽化为体积0.78m3的氩气,1m3的氩气在0.101MPa压力下液化生成液氩的体积为1.166升。 1.2.技术标准 1.2.1.氧气的技术标准 本厂氧气以管道输送形式给用户使用,其技术标准为Q/GHYB1-2004 1.2.2.氮气的技术标准 本厂氮气以管道输送的形式给用户使用,其技术标准为/GYB3-2004和Q/GYB8-2004 符合Q/GHYB3-2004标准的氮气 符合Q/GHYB8-2004标准的纯氮 1.2.3.液氧的技术标准 液氧以槽车形式输送,其质量符合Q/T 3863-1995标准 1.2.4.液氮的技术标准 液氮以槽车形式输送,其质量符合Q/T 8979-1996标准 1.2.5.液氩的技术标准 液氩以槽车形式输送,其质量符合GB/T 4842—2006标准 1.3.主要用途及安全使用要点 1.3.1.氧的用途及使用要点 (1) 在冶金工业中的应用。在炼钢过程中吹以氧气,氧便和碳、磷、硫、硅等起化学反应,从而降低钢的含碳量,并有利于消除磷、硫、硅等杂质。氧化过程中产生大量热量,大大缩短了冶炼时间,提高了钢的质量和劳动生产率。纯氧用于炼钢,富氧用于炼铁及有色金属冶炼,具有品种多,速度快、质量好投资省和成本低的优点。 (2) 在化学工业中的应用。氧用来强化硝酸及硫酸的生产过程,天然气高温转化制乙炔、重油中温裂化制乙烯,煤粉的气化及甲醇、甲醛的生产过程。 (3) 液氧是国防现代化火箭中最好的助燃剂。 (4) 氧在金属切割、医疗事业、深水作业等方面也有着广泛的应用。 由于氧具有强烈的氧化性,因此在使用气氧和液氧时要注意与可燃物混合或接触时所发生的化学反应。 1.3.2.氮的用途及使用要点 (1) 气氮广泛应用于冶金、化学工业和电子工业中。在轧钢、镀锌、镀铬、热处理、连铸钢时,氮气用作保护气。在合成纤维生产过程中也大量用氮保护气。在合成氨工业中氮用作反应气体。 (2) 液氮是一个经济的低温冷源,在食品工业,医疗事业等方面都得到广泛的应用。 由于氮对人体有窒息作用,使用时要注意现场通风,进入液氮、气氮容器前必须用空气置换, 并取样分析合格后方可进入容器。 1.3.3.氩的用途。 氩气有广泛的用途。在焊接方面利用氩气惰性用作保护气,用来焊接通常难以焊接的铝、镁、镍、钛及其合金和不锈钢等。 在冶金方面氩的应用也很普遍。如半导体材料硅和锗的精炼和单晶制备过程中,用氩气作环境气体。炼钢过程中也用氩气进行炉外吹氩精炼,可使成份均匀,钢水净化并除掉溶解在钢水中的氢、氧、氮等微量杂质,提高钢坯质量。 在光学方面,用氩气来充填照明灯泡、电压管,计数放电管、气体继电器等各种放电管,还可以用于激光器的制造。 氩气对人体具有窒息作用,使用时必须注意窒息特性。 二、原辅材料 2.1 原料 空分装置的原料是空气。空气经除尘、压缩、冷却至0.5~0.55MPa,送入空气分离装置精馏,生产出氧、氮等多种产品。 为安全生产、稳定生产,制氧站(车间)应建立在空气清洁的地方。一般要求经除尘后,1m3空气中含灰尘、机械微粒、烟黑含量不大于5.0mg,二氧化碳不大于0.03%,乙炔不大于0.5×10-6,二氧化硫和三氧化硫均不大于0.05×10-6。 2.2 辅料 2.2.1润滑油 ⑴ 透平空气压缩机和透平膨胀机使用32#汽轮机油。 规格标准 运动粘度: 40℃ CST 28-35.2 闪点(开口): < 180 凝点: < -16 酸度: Mg KOH/G 0.03 机械杂质: % 无 水溶性酸和碱: 无 透明度: 均匀透明 破乳化时间: < 8min 氢氧化钠试验: < 2级 ⑵ 氧压机使用: 100#机械油 规格标准: 运动粘度: 40℃ CST 28-35.2 残碳: % < 0.3 灰份: % < 0.007 闪点(开口): < 200 酸度: Mg KOH/G 0.35 水溶性酸和碱: 无 腐蚀: (T3铜片,100℃,3小时) 合格 机械杂质: % < 0.007 2.2.2冷却水 浊度: <50×10-6 氯化物: <1000×10-6 PH值: 7~8.5 悬浮物: <5Mg/L 三、生产工艺沿革 3.1.生产工艺沿革 解放前,我厂制氧机是30-90m3/h工艺简单,生产能力小。1955年我厂从德国引进150m3/h制氧机。随着国民经济的发展,氧气用于炼钢,1965年和1966年有二套3350m3/h制氧机投产,1969年我国第一套全低压全板式全铝材的6000m3/h制氧机投产,标志着我国在制氧史掀开了新的一页。1974~1976年和1985年又有三台6000m3/h制氧装置投运,1989年又新建了一台10000m3/h空分装置。2003年将1969年投产的6000m3/h空分改造成具有国内先进技术的10000m3/h空分,该装置于2004年2月投产。2007年将原有的一台10000m3/h空分装置进行了分子筛流程改造,2008年拆除了一套旧的6000m3/h制氧机。我厂至今已具有二套6000m3/h制氧机和二套10000m3/h空分装置生产氧气和氮气体产品和少量液体产品能力。 3.2.现行工艺路线及其技术依据 3.2.1.工艺路线 大气 → 空气滤清器 → 透平压缩机 → 空气预冷系统 → 空气分离装置 → 产品压缩 (液体贮槽) → 各用户点 3.2.2.技术依据 空气是由氮和氧等多种气体组成的混合物。根据地区不同,空气中含有量也有变化,空气的组份和沸点示于下表 由上表可知,空气主要是由氮和氧组成,占99%;其次是氩,占0.93%。氧、氮、氩和其它物质一样具有气、液、固三态。在常温下他们呈气态,在标准大气压下,氧被冷却到-182.82℃,氮被冷却到-195.65℃,氩被冷却到-185.71℃,它们分别都变为液态。如果遇热,又可变为气态。氧和氮的沸点相差约13℃,氩和氮的沸点相差10℃,这就是能够用低温精馏法将空气分离成氧、氮和氩的基础。 3.3.物料平衡 进入空分馏塔的加工空气应等于分离产出产品氧、氮之和。(将氩等归入氮中)。 设:进入空分塔的加工空气量为B标米3/h,经分离后氧产量为K标米3/h,氮产品产量为A标米3/h。 则 B=K+A 3.4.组份平衡 设空气中的氮浓度为YB氧气中的氮浓度为YK氮气中氮的浓度为YA。 则 B.YB=KYK+AYA A=B-K B.YB=KYK+(B-K)YA 整理 K/B=(YA-YB)/(YA-YK)标米3/标米3加工空气 令B=1 K=(YA-YB)/(YA-YK)标米3/标米3加工空气 已知: YB=79.1%N2 当氧气纯度为99.5%时:YK=0.5% 如果氮气中氮浓度为: 98%N2 每标准立方米空气能生产的氧气量为: K=(98-79.1)/(98-0.5)=0.194标米3O2/标米3加工空气 3.5.冷量的平衡 等温节流效应制冷量+膨胀机制冷量 =装置跑冷损失+热交换不完全损失+液体产品带走的冷量。 3.5.1.等温节流效应制冷量 CPα.△P=P(0.268-0.0086P)×(273/T)2×△P 式中:CP:空气的定压比热 T:空气的节流前的温度 △P:压力降 3.5.2.膨胀机制冷量 B膨H实=H理η.B膨 式中:B膨:膨胀空气量 H理:膨胀机理论焓降 η膨:膨胀机效率 3.5.3.热交换不完全的冷量损失 (1).氧气带走的冷量Q1 QK=K1×CPK×RK×△TK 式中:K1 —— 氧气产量 CPK —— 氧气定压比热 RK —— 氧气重度 △TK —— 热端温度 (2).氮气带走的冷量 QA=A×CPA×RA×△TA 式中:A —— 氮气产量 CPA —— 氮气定压比热 RA —— 氮气重度 ΔTA —— 热端温度 热交换不完全损失:Q1=QK+QA 3.5.4.液体带走的冷量:Q2 Q2=(I出-I饱和)+CpA×RA×△TA/22.4 式中:I出: —— 该气体出塔温度下的焓值。 I饱和: —— 该液体在饱和温度下的焓值 CPA: —— 液体的比热 RA: —— 气体的重度 △TA: —— 液体过冷度 3.5.5.装置的跑冷损失:Q3 一般装置的跑冷损失Q3=1.05~1.1 由此可见冷量平衡式为 B×Cp(0.268-0.0086P)(273/T)2+B膨×h理×η =K1Cpk×rk△Tk+ACpA×rA△TA+{(I出-I饱和)+Cp×r△T}/22.4×W+BQ3 式中:B —— 加工空气量 W —— 液体取出量(折合到标准立方米) B膨 —— 膨胀空气量
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