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                广东工业氧气制氧机供氧方案比较

                来源: 购彩中心公司 浏览:534 发布日期:2020.08.08 [ ]

                工业工艺需要的氧气可以通过几种方式满足,购买氧气或制氧机现场制氧供气。对于大气量用户如果不是制氧机现场供气,就是使用液氧贮槽通过汽化器进行供气。本文就针对这三种供¤氧方案进行比较,以供广大客户作个参考。

                 

                一、深冷空气分离法

                 

                深冷法是先将空气压缩,再膨胀降温,冷却后液化。然后利用氧氮的沸点温度不同(在大气压下氧的沸点@ 为-182.98,氮的沸点为-195.8),在一定的设备精馏塔内,通过温度较高的蒸气和温度较低的液体的相互接触,蒸气中有较多■的氧被冷凝,液体中有较多的氮被蒸发,通过多次接∮触,以实现把空气分离为氧、氮的目的。


                深冷空分设备工艺流程简图

                   

                空气经过滤器吸入√压缩机压缩后进入回热器,末级冷却器和预冷机组冷却,然后进入纯化器除去水◆份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。

                         净化后的空气♀分为两股。一股气进入分馏塔主换热器中,被返流气体冷却至液化温度后进入下塔,经初步精馏后,在下塔顶部得到液氮,底部得到富氧液空。另一股气被与透平膨胀机同轴的增压机增压,经主换热器冷却,膨胀机膨★胀后直接作为拉赫曼进气进入上塔中部压力相近处,充分利用上塔☆的精馏能力。

                下塔液□ 空和液氮经过过冷器过冷后节流进入上塔,作为上塔的回流液参加精馏,结果在上塔顶部得到氮气,在上塔底部得到氧气,产品氧及氮经过冷器、主换热器回收冷量后出冷箱。

                 

                 

                主要设备:

                空气进口过滤器

                离心式空气压缩→机组

                预冷机组

                纯化器组

                分馏塔(冷箱)

                膨胀机

                仪控系统

                电控系统

                一△般技术参数:(全低压流程)

                氧气纯度:

                99.6%

                产品〓出塔压力:

                0.029MPa

                操作压力:

                0.55MPa

                启动时间:

                36h48h

                运转周期:

                1216Months

                主要电耗设备:

                空气压缩机:

                电机功率

                预冷机组:

                电机功率

                纯化器:

                再生电加热器功率

                二、变压吸附制氧技术

                性能良好的吸附剂是实现PSA分离的前提和条≡件。吸附剂▃是一种多孔结构的固体颗粒,因此高孔隙率和高比表面积是它的重要特征。此外,吸附剂还具有选】择吸附性能,即对混合气体的各组分有不同的吸附容量。

                    在物理吸附过程中,改变压力或改变温度都可以改变吸附的动吸附容量。对于等温条件下的气体混合物,吸附剂对被吸附组分的吸附量,因其分压升高而增加,其分压下降而减少。这样,吸附剂在高压下吸附,达到吸附平衡后,再降压解吸,释放出被吸附的气体组分,吸附剂被再生。这就是变压吸附过程。

                变压吸附制氧就是将空气通过分子筛(通常为泡沸石),利用氧、氮分∑ 子的直径差差异来分离氧、氮以制取氧。这种吸附法为平衡型吸附,也有利用速度不一样来进行分离的速度型吸附。这种吸附制氧法必需有多塔切换流程(压力升高时吸附,压力降『低时解吸),可以@实现全自动控制。

                 VPSA流程是目前国内外普遍采用的较为先进的制◇氧流程。原料空气经由入口过滤及消声器由罗□茨鼓风机送入A塔,空气通过分︻字筛吸附床层,氮气被吸附,氧产品进入缓冲罐,再由压缩机压至用户所需压力以供使用。A塔工作,此时B塔进行再生,由真空泵抽真空解吸。A塔︼工作结束,AB两塔均压,然后进入B塔工作,A塔ξ 再生阶段。两塔切换,实现连︽续运行。

                 

                主要设备:(VPSA流程)

                空气进口过滤器及消声

                罗茨式鼓风机组

                吸附塔

                真空泵机∮组

                仪控系统

                电控系统

                一般技术参数:

                氧气纯度:

                93%

                产品出塔压力:

                0.01MPa

                操作压力:

                0.02MPa

                启动时间:

                5min

                主要电耗设备:

                鼓风机:

                电机功率

                真空泵:

                电机功率

                 

                三、由液氧储槽供气

                    用户用氧量较大,用气体钢瓶或中压气体储罐都不大可行。低温液氧产品必须用低温◥储槽和低温液体槽◣车贮存运输。现行∩储槽一般都为双层真空粉末绝热低温液体储槽。

                    低温储槽设置一般需附进有稳定的液氧供应,以解决气源问题,同时还需增设调压阀组及汽化器,以实现工业供气。

                    

                主要设备:

                真空绝热低温◢储槽

                调压阀组

                汽化器

                低温ぷ高压泵(高压用户)

                一般技术参数:

                压力等级:

                0.2MPa0.8MPa1.6MPa

                设计温度:

                -183

                日蒸发率:

                0.840.19%/d1200L100000L

                气液换算:

                1m3液氧﹦800气氧(标态)

                四、VPSA与深冷法的比较

                    

                深冷法空气分离制氧以▓有近百年的历史,工艺流╳程不断改进,现代化生产装置使用了分子筛纯化、高效透平、填料塔、内增压等流程和工艺,能耗和基建费用有所降低。PSA制氧装置是进20多年中发展》起来并被市场广泛接受的技术﹐VPSA技术开发的时间更短。

                   

                VPSA与深冷法比较各有特点:

                 

                a、流程比较

                    VPSA制氧装置流程简单√,设备数量少,主要设备尽鼓风机、吸附塔、储气罐、真空泵和一些Ψ 阀门,而深冷制氧机流程复杂,主要设备包括空压机、过滤器、膨胀机、精馏塔、净化装置、一组换热器等许多装置。

                 

                b、基建费用

                    VPSA装置设备数量少,基建▃费用少,对厂房要求也不高,基建费用仅占设备总投资的510%。深冷制氧机装置设备复杂,安装要求高且周期长▓,基建投资高,其保冷箱和保冷材料(珠光砂)就需要□ 大量资金,基建费用要占设备总投资的2040%

                 

                c、运行控制

                VPSA装置能全自动无负荷的运╱转,且停车后,吸附塔内气氛稳定,重新开车后几分种就能出产品。简单的起动及停车能避开用电高峰运行,降低生产成本。而深冷法分离装置的操作就比较复杂,不是简∞单的起动、停车,重新开车需3648小时。VPSA装置能实现无人操作,自动运行,而深冷设备运行需安排专人轮班,随时进行调节↙。

                 

                d、维修保养

                    VPSA装置本〗身很简单,运转机器的数量少,常温常压下∮操作,维修保养工作量少,费用低。年设备开车率98%左右,且其中有50%是因为故障停车√,如冷却水供应故障及电力故障等。设备正常维修保养∑停车约每年5天,用于风机真空泵注油,动设备的定期维修保『养和操作人员负责空气过滤器之无纺布的定期更换(周期为一月至二月)等。分子△筛使用寿命10年以上,切换阀门阀座一般两三年方更换一次,真空泵轴承及油封在◢正常使用条件下寿命为三至五年。

                    深冷装置在低温下运行,运转机器较复杂,所以维修费用及保养时间均比VPSA装置多。并且深冷空分有运转周期,小型设备运行几个月就需进行▂加大温,用蒸汽对设︽备及管路进行吹扫解冻,加温解冻时间一般为36小时,停车时间︽较长。

                 

                e、设备能耗

                制氧机的产品是氧气,消耗的是电能。为了衡量制氧ξ机的经济性,用生产每1Nm3氧气需消↓耗多少度电来表示制氧机的能耗。

                VPSA流程制氧能耗已达相当水平,我公司设计能耗为0.43KWH/Nm3,从而降低了设备运行费用。

                深冷空∏分能耗由其流程决定,几种主要流程能耗如∩下表:

                流程压力

                流程名称

                压力范围MPa

                能耗Kwh/Nm3O2

                高压

                林德型

                6-10

                1.5-1.7

                中压

                克劳特型

                1.2-2.5

                0.9-1.3

                高低压

                林德-弗兰型

                15;0.6

                0.6-0.9

                低压

                卡皮查型

                0.456

                0.45-0.7

                决定其能耗的一个ω重要因素是流程压力,即它的能耗与流程压力的对数成正比。目前,大型的空¤分装置通常采用全低压流程,即带有透平膨胀机的卡皮查循环的空分流程,而小型空分设备则采用带膨▲胀的中压流程。同时对于深冷制氧机,产量越∞小其提取率越低而能耗越高。

                 

                普通小型氧氮◥设备性能参数

                氧气产量

                Nm3/Hr

                氧气纯度

                %

                氧、氮

                产量比

                氮气纯度

                %

                流程型式

                单位氧电耗

                KWh/m3

                运转周期

                20

                99.2

                2

                99.5

                G

                1.85

                3

                50

                100

                150

                Z

                1.36

                1.31

                1.27

                6

                200

                300

                400

                500

                Z

                (D)

                1.22

                1.15

                1.08

                1.00

                9

                600

                800

                12

                D

                0.70

                0.65

                12

                注:1.单位氧电耗不包括压氧电耗值,单位电▆耗以进分馏塔空气量的设计值为依据

                    2.运转周期指分馏塔两☆次大加温的时间

                f、流量调节

                氧气产量一般按用户工艺用氧最大要求设计,如用『户无须满负荷开车,则多余氧气就需另行☉储存,甚至放空。流量调节是考核制氧机经济性的一个重要指╲标。

                深冷空分设计时,就需考虑几种产量方案。深冷制氧机要达到要求的纯度及产量,需进行细致的调节,达到一定的物料平衡和冷量平衡,其流量调节是一项操作水平要求较高的工作,不仅要求对设备有详细了解,还需对工〒艺非常熟悉。

                VPSA制氧机,我公司可采用变频技术,不仅仅是降低了※能耗,也使得流量的方便调节成为可能。我公司现行设计的VPSA制氧机,可在20%100%范围内的无级调节流量,并且调№节方便,可实现自动调节(或远程控制)。

                g、产品用途

                VPSA法与深冷「法比较,其产品⌒气单一,氧气纯度低。而深冷卐法可以同时生产出高纯度的氧、氮产品,并可实现对稀有气体的全提取,所需气量越大,经济性越好,而且深冷法产品便于经济地储存和运输。但两者的取舍完←全取决于工艺要求及投资※策略。

                    目前国内深冷现状是,小◆机组能耗高,大机组闲置或放空,设备∑ 综合利用率低。大多数上马的空分设备为配套设备,主导↙产品多为一种气体,如●果只需要氧的话,则氮↑气就是多余产品,国内做法大多为●放空,浪费严重。

                h、深冷优势

                深冷最大的优势,是其╲产量和纯度。目前国内最大产量为上海宝钢5#制氧机,氧气产量达72000Nm3/Hr。而变压吸附制⌒氧机,国☆内目前还无太大设备,我公司95年投产的国内钢厂1000Nm3/Hr,当卐时已是国内最大设备。现在国内变压吸附制氧机大多产量较小,一些▼较大设备也因各种原因不是产量达々不到要求就是纯度不够,这与国内一些厂家配套设ζ备选型不当有关。

                深冷制氧机纯度一般可达99.6%,能满足工业生产绝大部份需要。VPSA制氧机纯度一般为93%,其中4.5%的氩,制氧分子筛无法分离,这就限定♀了它的适用范围。现开发了高纯度变压吸☆附制氧机,采用两级吸附◤分离,其纯度可达98%以上,但目前成本较高,只适用于小型设备。    

                    从两种制氧方式比较可知,深冷和VPSA制氧各有♀特点,不能以简单的谁好谁坏来取舍,他们在各自的适用范围内都有其特有的优势。就经济性而言,如对纯度无特殊要求,产量小于5000Nm3/Hr宜采用VPSA制氧,产量50008000 Nm3/Hr之间,则两者各有优势,如产量※大于8000 Nm3/Hr则宜采用深冷□制氧。

                五、VPSA氧气与液Ψ氧储槽成本比较

                (以用氧200Nm3/Hr为例)

                液氧储槽氧气成∴本计算:

                液氧单价

                1200

                RMB/m3

                 

                可变成本:VC=A/800

                1.5

                RMB/Nm3O2

                总投资

                 

                 

                 

                储槽投资(20000L0.8MPa

                300,000

                RMB

                 

                汽化器(200m3/h)

                30,000

                RMB

                 

                总计

                330,000

                RMB

                C

                氧∞气年供应量:

                =200Nm3/Hx24Hx350

                1,680,000

                Nm3

                D

                10年后设备折旧=Bx10%

                33,000

                RMB

                E

                设备折旧(年)=(B-D)/10

                29,700

                RMB

                F

                年息=Bx8%x1/2

                13,200

                RMB

                G

                年维修费=Bx0.025

                8,250

                RMB

                 

                固定成本:FC=(E+F+G)/C

                0.0304

                RMB/Nm3O2

                 

                氧气成本=VC+FC

                1.5304

                RMB/Nm3O2

                 

                VPSA氧气成本计算:

                A

                单位产气电耗

                0.45

                KWH/Nm3O2

                B

                附助设ぷ备能耗=Ax0.1(包括水冷)

                0.045

                KWH/Nm3O2

                C

                电价

                0.5

                RMB/KWH

                 

                可变成本:VC=Cx(A+B)

                0.2475

                RMB/Nm3O2

                D

                总投资

                 

                 

                 

                设备投资

                1,940,000

                RMB

                 

                共享工程及安装

                305,000

                RMB

                 

                总计

                2,245,000

                RMB

                E

                氧气年产量:

                =200Nm3/Hrx24Hx350

                1,680,000

                Nm3

                F

                10年后设备折旧=Dx10%

                224,500

                RMB

                G

                设备折旧(年)=(D-F)/10

                202,050

                RMB

                H

                年息=Dx8%x1/2

                89,800

                RMB

                I

                年维修费=Dx0.025

                56,125

                RMB

                 

                固定成本:FC=(G+H+I)/E

                0.2071

                RMB/Nm3O2

                 

                氧气成本=VC+FC

                0.4546

                RMB/Nm3O2

                 

                预期利∏润率计算:

                J

                储槽供气价格

                1.5304

                RMB/Nm3O2

                K

                每【消耗单位氧节省费用﹦

                氧气市场价格-氧气生产成本

                1.0758

                RMB/Nm3O2

                L

                每年节省费用=Kx年消耗量

                1,807,344

                RMB

                M

                投资回收期【=D/(L+G)

                1.12

                      通过计算可以看出,作为辅∩助设备的Ψ VPSA制氧机,其投资少,见效快,投资回收期短,对于长期需氧用「户,只要工艺能满足要求,VPSA制氧机是非常经◇济的选择。

                六、结语

                VPSA制氧机所产氧气,纯度大于90%,同时,因其方便的开停和流量调节功能※,使其更适合用于水处理、纸浆漂白及富氧助燃等领域?并且,设计可靠的★VPSA制氧机能长期稳定的工↓作,开车率高,维修量少,是水处理焚烧等用氧源的理想选择,国外大气体公司亦都采用同类流程△?

                随着我国市场经济的不断发展和完善,工业企业作为自▆负盈亏、独立核算的商品生产者和经营者,不尽需参与市场竞■争,而且还要不断地创造价值和使用价值。成本费用是一项综合〖反应企业管理质量的╱重要指标,也是企业进行决策〓的重要依据。变压吸附制氧机工艺日趋成熟,能耗也达到了相『当水平,其在中小型现场供气领域已逐步取代了深冷装置,和液氧贮槽供气相比优势更是明显。

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