IGCC中的空分系統(tǒng)[1]

1、IGCC IGCC 設(shè)設(shè) 備備 -空分子系統(tǒng)空分子系統(tǒng) 清華大學(xué)清華大學(xué)BPBP中心中心 2006.7.21 2006.7.21 上海上海IGCCIGCC與制氧技術(shù)與制氧技術(shù)深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷原理深冷原理空分系統(tǒng)在空分系統(tǒng)在IGCC中的應(yīng)用中的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用IGCCIGCC與制氧與制氧能源危機(jī)能源危機(jī)高效清潔的高效清潔的IGCC我國(guó)的能源利用格局我國(guó)的能源利用格局純氧燃燒純氧燃燒高熱值合成氣高熱值合成氣減小氣化爐尺寸減小氣化爐尺寸減小冷卻和凈化器尺寸減小冷卻和凈化器尺寸制氧技術(shù)制氧技術(shù)化學(xué)法化學(xué)法水電解水電解空氣分離空氣分離制氧技術(shù)制氧技術(shù) 化學(xué)

2、法化學(xué)法 化學(xué)法是將氧化物在一定條件下分解，放出氧氣?；瘜W(xué)法是將氧化物在一定條件下分解，放出氧氣。 例如：氯酸鉀（例如：氯酸鉀（KClOKClO3 3） 1kg 1kg 能放出能放出 270L 270L 氧氧 氧化鋇（氧化鋇（BaOBaO） 1kg 1kg 能放出能放出 100L 100L 氧氧 原料貴且消耗量大，生產(chǎn)能力又小原料貴且消耗量大，生產(chǎn)能力又小，無(wú)法大量生產(chǎn)。，無(wú)法大量生產(chǎn)。 水電解法水電解法 在電解槽中通直流電，電離水，氧積聚在陽(yáng)極，氫積聚在陰極。在電解槽中通直流電，電離水，氧積聚在陽(yáng)極，氫積聚在陰極。 每制取每制取1m1m3 3的氧氣，同時(shí)可獲得的氧氣，同時(shí)可獲得2m2m3 3

3、的氫氣。的氫氣。 制取制取1m1m3 3氧氣耗電量為氧氣耗電量為12121515度度，耗電量太大，無(wú)法大量生產(chǎn)。，耗電量太大，無(wú)法大量生產(chǎn)。 深冷法深冷法(cryogenic) 占整個(gè)制氧市場(chǎng)的占整個(gè)制氧市場(chǎng)的85%85%；能耗大，設(shè)備復(fù)雜，廠用電耗率較高能耗大，設(shè)備復(fù)雜，廠用電耗率較高 PSA/VPSA 產(chǎn)量和純度進(jìn)一步提高時(shí)，能耗增大，且提取率降低產(chǎn)量和純度進(jìn)一步提高時(shí)，能耗增大，且提取率降低 膜分離法膜分離法 選擇性低，所得氧氣純度低，產(chǎn)量很小選擇性低，所得氧氣純度低，產(chǎn)量很小 , ,產(chǎn)量大時(shí)膜貴產(chǎn)量大時(shí)膜貴 高溫離子交換膜法高溫離子交換膜法 尚屬研究階段，需進(jìn)一步研究尚屬研究階段，需進(jìn)

4、一步研究空分制氧技術(shù)空分制氧技術(shù)各空分技術(shù)性能比較各空分技術(shù)性能比較 項(xiàng)項(xiàng) 目目 類(lèi)類(lèi) 別別深冷法深冷法PSA/VPSAPSA/VPSA膜分離膜分離離子膜分離離子膜分離分離原理分離原理氧氮沸點(diǎn)不同氧氮沸點(diǎn)不同 氧氮吸附能力氧氮吸附能力 膜的選擇性分離膜的選擇性分離 對(duì)氧的選擇性擴(kuò)散對(duì)氧的選擇性擴(kuò)散 裝置特點(diǎn)裝置特點(diǎn)流程復(fù)雜，設(shè)備較多流程復(fù)雜，設(shè)備較多 流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少流程簡(jiǎn)單，設(shè)備少 工藝簡(jiǎn)單，體積小工藝簡(jiǎn)單，體積小工藝簡(jiǎn)單，裝置少工藝簡(jiǎn)單，裝置少工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)160160190 190 常溫操作常溫操作 常溫操作常溫操作6006001000 1000 操作特點(diǎn)操作特點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)1

5、51540h40h，連續(xù)運(yùn)行連續(xù)運(yùn)行啟動(dòng)時(shí)間短啟動(dòng)時(shí)間短3030minmin連續(xù)、間斷均可連續(xù)、間斷均可啟動(dòng)時(shí)間短啟動(dòng)時(shí)間短1515minmin連續(xù)、間斷均可連續(xù)、間斷均可啟動(dòng)時(shí)間短啟動(dòng)時(shí)間短 投投 資資10001000Nm3/hNm3/h 綜合投資比綜合投資比PSAPSA高高10%10%20%20%，維修費(fèi)用高，維修費(fèi)用高30%30%，管理費(fèi)用高管理費(fèi)用高50%50%以上以上550550650650萬(wàn)萬(wàn) 200200300300萬(wàn)萬(wàn)比深冷法可節(jié)約比深冷法可節(jié)約73-73-85%85%的投資，在的投資，在IGCCIGCC中可以節(jié)約中可以節(jié)約7%7%的投資的投資 制氧能耗制氧能耗中小型制氧電耗中

6、小型制氧電耗0.50.51.0 KW1.0 KWh/Nm3h/Nm3 0.320.320.35KW0.35KWh/Nm3h/Nm3 能耗低能耗低為深冷法的為深冷法的55-70%55-70% 安全性能安全性能有爆炸隱患有爆炸隱患無(wú)爆炸隱患無(wú)爆炸隱患無(wú)爆炸隱患無(wú)爆炸隱患無(wú)爆炸隱患無(wú)爆炸隱患技術(shù)成熟度技術(shù)成熟度技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用 較成熟，局部應(yīng)用較成熟，局部應(yīng)用較成熟，局部應(yīng)用較成熟，局部應(yīng)用尚不成熟，無(wú)應(yīng)用尚不成熟，無(wú)應(yīng)用空分技術(shù)空分技術(shù)深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷原理深冷原理空分系統(tǒng)在空分系統(tǒng)在IGCC中的應(yīng)用中的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展歷程發(fā)展

7、歷程 1902 1902 林德制造第一臺(tái)制氧機(jī)，迄今已有林德制造第一臺(tái)制氧機(jī)，迄今已有100100多年多年的歷史。的歷史。在此期間，分離空氣的原理與設(shè)備不斷改進(jìn)：在此期間，分離空氣的原理與設(shè)備不斷改進(jìn)：1902年，克勞年，克勞特用膨脹機(jī)液特用膨脹機(jī)液化空氣成功化空氣成功1932年，拉年，拉赫曼挖掘上赫曼挖掘上塔精餾潛力塔精餾潛力1924年弗廉克爾提年弗廉克爾提出用金屬帶填料的出用金屬帶填料的蓄冷器代替換熱器蓄冷器代替換熱器1939年卡皮查年卡皮查將透平膨脹機(jī)將透平膨脹機(jī)用于低壓空分用于低壓空分裝置裝置40年代末，年代末，可逆式換熱可逆式換熱器用于空分器用于空分裝置裝置70年代，大型化全年代，大

8、型化全部板翅式換熱器部板翅式換熱器80年代，大年代，大型全低壓空型全低壓空分流程分流程國(guó)外八大氣體公司國(guó)外八大氣體公司 法國(guó)液化空氣公司（法液空）法國(guó)液化空氣公司（法液空） 建于建于19021902年，法液空是世界上資格最老的空分設(shè)備制造公司之一，是年，法液空是世界上資格最老的空分設(shè)備制造公司之一，是世界第世界第一大氣體公司，全球最大的氣體供應(yīng)商一大氣體公司，全球最大的氣體供應(yīng)商。20032003年從南非年從南非SASOLSASOL手中得到的手中得到的103660m103660m3 3h h（33003300噸氧氣噸氧氣/ /天）空分設(shè)備訂單，天）空分設(shè)備訂單，20042004年年2 2月月S

9、ASOLSASOL煤油氣公司舉行煤油氣公司舉行全球最大全球最大氧氣生產(chǎn)廠落成典禮。氧氣生產(chǎn)廠落成典禮。 法液空曾為西班牙的法液空曾為西班牙的ELOGASELOGAS（即（即PuertollanoPuertollano）IGCCIGCC示范電站提供示范電站提供ASUASU系統(tǒng)。系統(tǒng)。 美國(guó)空氣制品與化學(xué)品公司美國(guó)空氣制品與化學(xué)品公司(APCI) (APCI) ： 創(chuàng)建于創(chuàng)建于19391939年。年。APCIAPCI最大的空分設(shè)備為供荷蘭鹿特丹殼牌石油公司的最大的空分設(shè)備為供荷蘭鹿特丹殼牌石油公司的90520m90520m3 3h h空分設(shè)備，空分設(shè)備，19971997年投運(yùn)，加工空氣量年投運(yùn)，加

10、工空氣量450000m450000m3 3h h，可同時(shí)生產(chǎn)，可同時(shí)生產(chǎn)90520m90520m3 3h h（約（約3000t/d3000t/d）氧氣、）氧氣、216450m216450m3 3h h氮?dú)狻⒌獨(dú)狻?50450噸天然液態(tài)產(chǎn)品和噸天然液態(tài)產(chǎn)品和2878m2878m3 3h h氬。氬。 APCI APCI曾為荷蘭的曾為荷蘭的BuggenumBuggenum和美國(guó)的和美國(guó)的TampaTampaIGCCIGCC示范電站提供空分設(shè)備。并且示范電站提供空分設(shè)備。并且積極致力于膜分離技術(shù)的研究。積極致力于膜分離技術(shù)的研究。 德國(guó)林德冷凍機(jī)械制造公司德國(guó)林德冷凍機(jī)械制造公司 創(chuàng)建于創(chuàng)建于1879

11、1879年，是年，是世界上最早的空氣分離公司世界上最早的空氣分離公司。林德公司現(xiàn)制造的最大制氮。林德公司現(xiàn)制造的最大制氮設(shè)備是安裝在墨西哥坎塔雷爾的設(shè)備是安裝在墨西哥坎塔雷爾的335000m335000m3 3h h制氮設(shè)備，共制氮設(shè)備，共4 4套，于套，于20002000年投運(yùn)。年投運(yùn)。 美國(guó)普萊克斯實(shí)用氣體有限公司美國(guó)普萊克斯實(shí)用氣體有限公司 英國(guó)氧氣公司英國(guó)氧氣公司(BOC) (BOC) 最大設(shè)備產(chǎn)量最大設(shè)備產(chǎn)量24002400噸氧氣噸氧氣/ /天天 德國(guó)梅塞爾公司德國(guó)梅塞爾公司(MG) (MG) 俄羅斯深冷機(jī)械公司俄羅斯深冷機(jī)械公司 日本氧氣公司日本氧氣公司 日本酸素日本酸素20042

12、004年初建立上海日酸氣體公司年初建立上海日酸氣體公司 據(jù)據(jù)20032003年報(bào)道，在歐洲氣體市場(chǎng)，法液空占年報(bào)道，在歐洲氣體市場(chǎng)，法液空占2828、林德占、林德占2121、空氣制品占空氣制品占1212、梅塞爾占、梅塞爾占1010、BOCBOC占占8 8、普萊克斯占、普萊克斯占7 7, , 其他公其他公司為司為1414。 當(dāng)前，世界空分設(shè)備領(lǐng)域形成了法液空、當(dāng)前，世界空分設(shè)備領(lǐng)域形成了法液空、APCIAPCI、林德公司、林德公司“三足三足鼎立鼎立”的局面；而的局面；而B(niǎo)OCBOC、普萊克斯、梅塞爾也在努力奮斗，被稱為、普萊克斯、梅塞爾也在努力奮斗，被稱為“后后三足鼎立三足鼎立”。國(guó)外八大氣體公

13、司國(guó)外八大氣體公司國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程 解放前，我國(guó)不能制造空分裝置，僅在幾個(gè)主要城市有解放前，我國(guó)不能制造空分裝置，僅在幾個(gè)主要城市有進(jìn)口的小型空分裝置。全國(guó)空分總?cè)萘恐挥羞M(jìn)口的小型空分裝置。全國(guó)空分總?cè)萘恐挥?005001000m1000m3 3O O2 2/h/h。1952年，第年，第一套一套I-6800型空分裝置型空分裝置1958年，成批制年，成批制造具有鋁帶蓄冷造具有鋁帶蓄冷器的器的3350m m3 3O O2 2/h/h的高低壓空分裝的高低壓空分裝置置1953年二套年二套20m m3 3O O2 2/h/h空空分裝置，建立分裝置，建立空分制造業(yè)空分制造業(yè)1966年，自主設(shè)年，自

14、主設(shè)計(jì)帶有石頭蓄冷計(jì)帶有石頭蓄冷器的器的3350m m3 3O O2 2/h/h等低壓空分裝置等低壓空分裝置70年代，帶純化器年代，帶純化器和透平膨脹的低壓和透平膨脹的低壓空分裝置空分裝置80年代，板年代，板翅式大型全翅式大型全低壓空分流低壓空分流程程國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)具備生產(chǎn)制氧空分設(shè)備的能力。但是無(wú)論是行業(yè)的規(guī)模、企業(yè)的我國(guó)具備生產(chǎn)制氧空分設(shè)備的能力。但是無(wú)論是行業(yè)的規(guī)模、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、生產(chǎn)規(guī)模還是技術(shù)水平都與國(guó)際先進(jìn)水平有較大的差距：經(jīng)濟(jì)實(shí)力、生產(chǎn)規(guī)模還是技術(shù)水平都與國(guó)際先進(jìn)水平有較大的差距： 林德集團(tuán)近幾年的年銷(xiāo)售額約林德集團(tuán)近幾年的年銷(xiāo)售額約9090億歐元億歐元 經(jīng)濟(jì)規(guī)

15、模經(jīng)濟(jì)規(guī)模 法液空的平均銷(xiāo)售額在法液空的平均銷(xiāo)售額在8080億歐元億歐元 我國(guó)我國(guó)20022002年年全行業(yè)全行業(yè)的銷(xiāo)售收入約人民幣的銷(xiāo)售收入約人民幣2121億元億元( (約約2.32.3億歐元億歐元) ) 最大的最大的杭氧杭氧的銷(xiāo)售收入僅人民幣的銷(xiāo)售收入僅人民幣10.2810.28億元億元( (約約1.11.1億歐元億歐元) ) 國(guó)外最大規(guī)模的制氧設(shè)備在國(guó)外最大規(guī)模的制氧設(shè)備在35003500噸噸/ /天天 生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模 杭氧投運(yùn)的最大規(guī)模為杭氧投運(yùn)的最大規(guī)模為52000m3/h52000m3/h（相當(dāng)于（相當(dāng)于17001700噸噸/ /天天） 一座一座400MW400MW的的IGCCI

16、GCC電站的耗氧量在電站的耗氧量在2500-30002500-3000噸噸/ /天天 國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備了生產(chǎn)國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備了生產(chǎn)20002000噸噸/ /天以上級(jí)別的制氧空分設(shè)備的實(shí)力，不天以上級(jí)別的制氧空分設(shè)備的實(shí)力，不過(guò)缺乏實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)備的效率方面，國(guó)內(nèi)空分的能耗比國(guó)際先進(jìn)過(guò)缺乏實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)備的效率方面，國(guó)內(nèi)空分的能耗比國(guó)際先進(jìn)設(shè)備高設(shè)備高3-5%3-5%，但造價(jià)及后期服務(wù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于國(guó)際價(jià)格。，但造價(jià)及后期服務(wù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于國(guó)際價(jià)格。 國(guó)內(nèi)空分生產(chǎn)商國(guó)內(nèi)空分生產(chǎn)商 目前，我國(guó)生產(chǎn)大中型空分設(shè)備的企業(yè)有杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司目前，我國(guó)生產(chǎn)大中型空分設(shè)備的企業(yè)有杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司（杭

17、氧杭氧）、開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司（）、開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司（開(kāi)空開(kāi)空）、四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)）、四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（任公司（川空川空）、哈爾濱制氧機(jī)廠（）、哈爾濱制氧機(jī)廠（哈氧哈氧）、杭氧液空有限公司（）、杭氧液空有限公司（杭氧液杭氧液空空）、江西制氧機(jī)廠等。）、江西制氧機(jī)廠等。20032003年排在前年排在前3 3位的是：杭氧、川空、開(kāi)空位的是：杭氧、川空、開(kāi)空 。2002年空分企業(yè)的相關(guān)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)年空分企業(yè)的相關(guān)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo) 指標(biāo)名稱指標(biāo)名稱生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)企業(yè)總資產(chǎn)總資產(chǎn)（萬(wàn)元）（萬(wàn)元） 主要設(shè)備擁有量主要設(shè)備擁有量（臺(tái)）（臺(tái)） 工程技術(shù)人員工程技術(shù)人員( (人人)

18、) 開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司 61473.2 61473.2 693 693 537 537 四川空分設(shè)備（集團(tuán)）四川空分設(shè)備（集團(tuán)）有限責(zé)任公司有限責(zé)任公司 58854.0 58854.0 591 591 383 383 江西制氧機(jī)廠江西制氧機(jī)廠 22749.2 22749.2 323 323 86 86 杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司杭州制氧機(jī)集團(tuán)有限公司 135623.3 135623.3 1555 1555 643 643 哈爾濱制氧機(jī)廠哈爾濱制氧機(jī)廠 18945.5 18945.5 484 484 126 126 技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)空分技術(shù)空分技術(shù)深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷技術(shù)的

19、發(fā)展及現(xiàn)狀深冷原理深冷原理空分系統(tǒng)在空分系統(tǒng)在IGCC中的應(yīng)用中的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用空氣組成空氣組成 常溫下的空氣是無(wú)色無(wú)味的氣體，液態(tài)空氣則是一種易流動(dòng)的淺常溫下的空氣是無(wú)色無(wú)味的氣體，液態(tài)空氣則是一種易流動(dòng)的淺黃色液體。液態(tài)空氣的組成是黃色液體。液態(tài)空氣的組成是20.95%氧，氧，78.12%氮和氮和0.93氬。氬。 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.3KPa101.3KPa）下：）下： 空氣的露點(diǎn)溫度為空氣的露點(diǎn)溫度為81.7K，泡點(diǎn)溫度為泡點(diǎn)溫度為78.9K； 液氮的蒸發(fā)溫度為液氮的蒸發(fā)溫度為77.36K，液氮冷卻到，液氮冷卻到63.2K時(shí)轉(zhuǎn)變成無(wú)色透明的時(shí)轉(zhuǎn)變成無(wú)色透

20、明的結(jié)晶體；結(jié)晶體； 液氬的凝固點(diǎn)為液氬的凝固點(diǎn)為87.29K； 氧在氧在90.188K時(shí)變?yōu)橐子诹鲃?dòng)的淡藍(lán)色液體；在時(shí)變?yōu)橐子诹鲃?dòng)的淡藍(lán)色液體；在54.4K時(shí)凝固成淡時(shí)凝固成淡藍(lán)色的固體結(jié)晶。藍(lán)色的固體結(jié)晶。 此外，空氣中還有機(jī)械雜質(zhì)、水蒸汽、二氧化碳、乙炔和其它碳此外，空氣中還有機(jī)械雜質(zhì)、水蒸汽、二氧化碳、乙炔和其它碳?xì)浠衔?。氫化合物。液空重要性質(zhì)液空重要性質(zhì) 汽相中氧的濃度為汽相中氧的濃度為30304040時(shí)，相平衡時(shí)，相平衡的汽液濃度差最大，即氣相（或液相）的汽液濃度差最大，即氣相（或液相）含氧（氮）量越少越難分離；含氧（氮）量越少越難分離； 壓力越低，液相線與汽相線的間距越大，壓力

21、越低，液相線與汽相線的間距越大，說(shuō)明說(shuō)明低壓分離空氣較高壓容易低壓分離空氣較高壓容易； 汽液平衡時(shí)，液相中的氧濃度大于汽相汽液平衡時(shí)，液相中的氧濃度大于汽相中的氧濃度，汽相中的氮濃度大于液相中的氧濃度，汽相中的氮濃度大于液相中的氮濃度；中的氮濃度； 壓力一定時(shí)，溶液中低沸點(diǎn)組分的濃度壓力一定時(shí)，溶液中低沸點(diǎn)組分的濃度越大，它的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度愈低。越大，它的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度愈低。簡(jiǎn)單蒸發(fā)與簡(jiǎn)單冷凝簡(jiǎn)單蒸發(fā)與簡(jiǎn)單冷凝 若將液空置于一密閉的容器內(nèi)，使它在定壓下加熱蒸發(fā)，且不引出蒸氣，使器內(nèi)若將液空置于一密閉的容器內(nèi)，使它在定壓下加熱蒸發(fā)，且不引出蒸氣，使器內(nèi)的氣、液經(jīng)常處于平衡狀態(tài)，這種蒸發(fā)過(guò)

22、程稱為簡(jiǎn)單蒸發(fā)。的氣、液經(jīng)常處于平衡狀態(tài)，這種蒸發(fā)過(guò)程稱為簡(jiǎn)單蒸發(fā)。 空氣的冷凝過(guò)程是沿蒸發(fā)過(guò)程相反方向進(jìn)行的。若將空氣置于一密閉容器中，使空氣的冷凝過(guò)程是沿蒸發(fā)過(guò)程相反方向進(jìn)行的。若將空氣置于一密閉容器中，使其在定壓下冷卻液化，氣、液處于平衡狀態(tài)且不引出冷凝液，這種過(guò)程簡(jiǎn)單冷凝。其在定壓下冷卻液化，氣、液處于平衡狀態(tài)且不引出冷凝液，這種過(guò)程簡(jiǎn)單冷凝。 用簡(jiǎn)單蒸發(fā)用簡(jiǎn)單蒸發(fā)和冷凝不能得和冷凝不能得到較高摩爾分到較高摩爾分?jǐn)?shù)的氧、氮產(chǎn)數(shù)的氧、氮產(chǎn)品，而且分離品，而且分離過(guò)程也不能連過(guò)程也不能連續(xù)進(jìn)行續(xù)進(jìn)行。部分蒸發(fā)與部分冷凝部分蒸發(fā)與部分冷凝 如果當(dāng)液體蒸發(fā)時(shí)，把產(chǎn)生的蒸如果當(dāng)液體蒸發(fā)時(shí)，把產(chǎn)生

23、的蒸氣連續(xù)不斷地從容器中引出，這種蒸氣連續(xù)不斷地從容器中引出，這種蒸發(fā)過(guò)程稱發(fā)過(guò)程稱部分蒸發(fā)部分蒸發(fā)。部分蒸發(fā)可以在。部分蒸發(fā)可以在液相中獲得氧摩爾分?jǐn)?shù)較高的產(chǎn)品；液相中獲得氧摩爾分?jǐn)?shù)較高的產(chǎn)品；但氧的摩爾分?jǐn)?shù)越高，獲得的液氧數(shù)但氧的摩爾分?jǐn)?shù)越高，獲得的液氧數(shù)量越小，數(shù)量與質(zhì)量間存在著矛盾，量越小，數(shù)量與質(zhì)量間存在著矛盾，而且不可能同時(shí)獲得高純度的氣氮。而且不可能同時(shí)獲得高純度的氣氮。 如果在空氣定壓冷凝過(guò)程中，如果在空氣定壓冷凝過(guò)程中，將所產(chǎn)生的冷凝液連續(xù)不斷地從容器將所產(chǎn)生的冷凝液連續(xù)不斷地從容器中導(dǎo)出，這種冷凝過(guò)程稱中導(dǎo)出，這種冷凝過(guò)程稱部分冷凝部分冷凝。部分冷凝僅能獲得數(shù)量很少的高摩爾

24、部分冷凝僅能獲得數(shù)量很少的高摩爾分?jǐn)?shù)氣氮，也存在著分?jǐn)?shù)氣氮，也存在著質(zhì)和量的矛盾質(zhì)和量的矛盾，而且不能獲得高純度的液氧。而且不能獲得高純度的液氧。 多次蒸發(fā)與多次冷凝多次蒸發(fā)與多次冷凝 多次的部分蒸發(fā)多次的部分蒸發(fā)和部分冷凝過(guò)程的結(jié)和部分冷凝過(guò)程的結(jié)合稱為合稱為精餾過(guò)程精餾過(guò)程。 多次進(jìn)行下去，液相中多次進(jìn)行下去，液相中氮會(huì)更多地蒸發(fā)到氣相中，氮會(huì)更多地蒸發(fā)到氣相中，而氣相中氧會(huì)更多地冷凝進(jìn)而氣相中氧會(huì)更多地冷凝進(jìn)入液相中，最后可獲得足夠入液相中，最后可獲得足夠數(shù)量的高純度氣氮和液氧。數(shù)量的高純度氣氮和液氧。這就是利用精餾過(guò)程分離空這就是利用精餾過(guò)程分離空氣的實(shí)質(zhì)。氣的實(shí)質(zhì)。 單級(jí)精餾塔單級(jí)精

25、餾塔 單級(jí)精餾分離空氣是單級(jí)精餾分離空氣是不完善不完善的，不能同時(shí)獲得純氧和純氮，的，不能同時(shí)獲得純氧和純氮，只有在少數(shù)情況下（如僅需純氮或富氧）使用。只有在少數(shù)情況下（如僅需純氮或富氧）使用。 雙級(jí)精餾塔雙級(jí)精餾塔下塔塔釜中的液空作回流液下塔塔釜中的液空作回流液送入上塔中部，在上塔底部得到送入上塔中部，在上塔底部得到高純度液氧。液氧進(jìn)入冷凝蒸發(fā)高純度液氧。液氧進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)，被下塔的氣氮加熱器的蒸發(fā)側(cè)，被下塔的氣氮加熱蒸發(fā)。蒸發(fā)出來(lái)的氣氧一部分作蒸發(fā)。蒸發(fā)出來(lái)的氣氧一部分作為產(chǎn)品引出；另一部分自下而上為產(chǎn)品引出；另一部分自下而上穿過(guò)每塊塔板進(jìn)行精餾。穿過(guò)每塊塔板進(jìn)行精餾。雙級(jí)精餾塔可

26、在塔頂部和底雙級(jí)精餾塔可在塔頂部和底部部同時(shí)獲得純氮和純氧同時(shí)獲得純氮和純氧；也可以；也可以在冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)在冷凝蒸發(fā)器的蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)分別取出分別取出液氧和液氮液氧和液氮。 經(jīng)過(guò)壓縮、凈化并冷經(jīng)過(guò)壓縮、凈化并冷卻后的空氣進(jìn)入下塔底部，卻后的空氣進(jìn)入下塔底部，至下塔頂部便得到一定純至下塔頂部便得到一定純度的氣氮。氣氮進(jìn)入冷凝度的氣氮。氣氮進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器的冷凝側(cè)時(shí)，被液蒸發(fā)器的冷凝側(cè)時(shí)，被液氧冷卻變成液氮。一部分氧冷卻變成液氮。一部分作為下塔回流液空；另一作為下塔回流液空；另一部分送入上塔頂部作上塔部分送入上塔頂部作上塔的回流液。的回流液。流程圖流程圖篩孔塔板結(jié)構(gòu)篩孔塔板結(jié)構(gòu)鼓泡層鼓

27、泡層 緊接塔板的一層緊接塔板的一層很薄的清亮液體很薄的清亮液體泡沫層泡沫層 鼓泡層上蜂窩狀鼓泡層上蜂窩狀結(jié)構(gòu)，液體為薄膜狀，氣結(jié)構(gòu)，液體為薄膜狀，氣液兩相接觸面積大，主要液兩相接觸面積大，主要傳質(zhì)區(qū)域傳質(zhì)區(qū)域霧沫層霧沫層 泡沫層上，氣相泡沫層上，氣相中霧沫和飛翔的液滴中霧沫和飛翔的液滴 三個(gè)區(qū)域的大小隨著三個(gè)區(qū)域的大小隨著氣流速度的大小而定，氣氣流速度的大小而定，氣流速度越大，鼓泡區(qū)域的流速度越大，鼓泡區(qū)域的范圍越小，泡沫區(qū)的范圍范圍越小，泡沫區(qū)的范圍擴(kuò)大。擴(kuò)大。氣流速度對(duì)精餾的影響氣流速度對(duì)精餾的影響 氣流速度過(guò)小氣流速度過(guò)小 小于臨界速度時(shí)出現(xiàn)小于臨界速度時(shí)出現(xiàn)不均勻鼓泡不均勻鼓泡，鼓泡只

28、在塔板局部范圍進(jìn)行；，鼓泡只在塔板局部范圍進(jìn)行； 很小時(shí)，由于氣體頂托不了清亮液層的靜壓，而使液體從塔板上很小時(shí)，由于氣體頂托不了清亮液層的靜壓，而使液體從塔板上泄漏泄漏下來(lái)；下來(lái)； 最小蒸氣速度：上塔最小蒸氣速度：上塔3 33.5m/s 3.5m/s 下塔下塔1.5m/s 1.5m/s 實(shí)際取實(shí)際取1.51.52.02.0倍倍 氣流速度過(guò)大氣流速度過(guò)大 使一部分含氧量較高的液體帶入到上層含氧量較少而含氮量較高使一部分含氧量較高的液體帶入到上層含氧量較少而含氮量較高的液體，造成的液體，造成霧沫夾帶霧沫夾帶； 造成液體不能順利下流，累積在塔板上，形成造成液體不能順利下流，累積在塔板上，形成液泛液

29、泛。 由于速度的限制以及氣液交換以達(dá)到充分相平衡所必由于速度的限制以及氣液交換以達(dá)到充分相平衡所必需的時(shí)間，造成了需的時(shí)間，造成了IGCCIGCC中空分系統(tǒng)的中空分系統(tǒng)的最大延遲特性最大延遲特性。連續(xù)精餾過(guò)程連續(xù)精餾過(guò)程空分技術(shù)空分技術(shù)深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀深冷原理深冷原理空分系統(tǒng)在空分系統(tǒng)在IGCC中的應(yīng)用中的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用空分新技術(shù)的應(yīng)用 純度要求純度要求 用于煤氣化爐的氧氣純度為用于煤氣化爐的氧氣純度為90%90%95%95%；氮?dú)饧兌葹榈獨(dú)饧兌葹?9.9%99.9%；稀釋煤氣的氮?dú)猓ㄎ鄣┘兌葹橄♂屆簹獾牡獨(dú)猓ㄎ鄣┘兌葹?6%96%99%99%。 壓力要求壓力

30、要求 用氧壓力取決于煤氣化工藝，一般在用氧壓力取決于煤氣化工藝，一般在3 38MPa8MPa。 產(chǎn)量要求產(chǎn)量要求 氧氣用量取決于煤的成分和氣化工藝。通常為氧氣用量取決于煤的成分和氣化工藝。通常為0.820.821.0kgO1.0kgO2 2/kg/kg煤煤。IGCCIGCC對(duì)空分技術(shù)的要求對(duì)空分技術(shù)的要求 低壓空分系統(tǒng)低壓空分系統(tǒng) 入口入口0.50.50.65MPa 0.65MPa 出口出口0.130.130.15MPa 0.15MPa 空分后的氧壓機(jī)、氮壓機(jī)耗功大空分后的氧壓機(jī)、氮壓機(jī)耗功大 升壓空分系統(tǒng)升壓空分系統(tǒng) 入口入口1.01.01.5MPa 1.5MPa 出口出口0.550.550

31、.6MPa 0.6MPa 盡管氧壓機(jī)、氮壓機(jī)耗功減少，但由于空氣升壓時(shí)耗功增加，盡管氧壓機(jī)、氮壓機(jī)耗功減少，但由于空氣升壓時(shí)耗功增加，故總耗功變化不大。故總耗功變化不大。IGCCIGCC中的空分形式中的空分形式 按壓力劃分按壓力劃分 整體空分系數(shù)整體空分系數(shù) XasXas=Gas=Gas2 2/Gas(Gas/Gas(Gas2 2是由空分系統(tǒng)從燃?xì)廨喪怯煽辗窒到y(tǒng)從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)所抽取的空氣量，機(jī)壓氣機(jī)所抽取的空氣量，GasGas是空分系統(tǒng)的空氣加工總量是空分系統(tǒng)的空氣加工總量) )獨(dú)立的空分系統(tǒng)獨(dú)立的空分系統(tǒng) XasXas0 0獨(dú)立、可靠、運(yùn)行靈活、操作方便，但廠用電率大獨(dú)立、可靠、運(yùn)行靈活、

32、操作方便，但廠用電率大完全整體空分系統(tǒng)完全整體空分系統(tǒng) XasXas1 1高效（熱耗降高效（熱耗降2%2%）、成本低（整廠投資降低）、成本低（整廠投資降低2-3%2-3%）但操作不便、控制困難但操作不便、控制困難部分整體空分系統(tǒng)部分整體空分系統(tǒng) 0 0 XasXas11兼顧兩方面優(yōu)點(diǎn)，推薦兼顧兩方面優(yōu)點(diǎn)，推薦252550%50%之間之間IGCCIGCC中的空分形式中的空分形式 按集成度劃分按集成度劃分空分集成度空分集成度 空分集成度決定了空分系統(tǒng)從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽氣的份空分集成度決定了空分系統(tǒng)從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽氣的份額，從而影響燃?xì)廨啓C(jī)額，從而影響燃?xì)廨啓C(jī)各部件之間匹配，出力與效率各部件之間匹

33、配，出力與效率。 獨(dú)立空分系統(tǒng)，氮?dú)馔耆换刈ⅹ?dú)立空分系統(tǒng)，氮?dú)馔耆换刈?部分整體化空分系統(tǒng)，氮?dú)馊炕刈⒉糠终w化空分系統(tǒng)，氮?dú)馊炕刈?KasuKasu0.530.53時(shí)最佳時(shí)最佳 氮?dú)饣刈⑾禂?shù)氮?dú)饣刈⑾禂?shù) XgnXgn=Gn=Gn2 2/Gn(Gn/Gn(Gn2 2為空分系統(tǒng)回注到燃?xì)廨啓C(jī)的氮為空分系統(tǒng)回注到燃?xì)廨啓C(jī)的氮?dú)饬髁?，氣流量，GnGn為空分系統(tǒng)生產(chǎn)的氮?dú)饪偭繛榭辗窒到y(tǒng)生產(chǎn)的氮?dú)饪偭? )氮?dú)馔耆刈⑾到y(tǒng)氮?dú)馔耆刈⑾到y(tǒng) XgnXgn1 1氮?dú)獠换刈⑾到y(tǒng)氮?dú)獠换刈⑾到y(tǒng) XgnXgn0 0氮?dú)獠糠只刈⑾到y(tǒng)氮?dú)獠糠只刈⑾到y(tǒng) 00XgnXgn11 氮?dú)饣刈⑾禂?shù)直接影響燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的

34、流量氮?dú)饣刈⑾禂?shù)直接影響燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的流量, ,因而會(huì)影響透因而會(huì)影響透平的流量，最終影響平的流量，最終影響燃?xì)廨啓C(jī)的出力、效率和變工況性能燃?xì)廨啓C(jī)的出力、效率和變工況性能。 以上各種空分形式的配合，對(duì)以上各種空分形式的配合，對(duì)IGCCIGCC電站的廠用電耗率、燃?xì)怆娬镜膹S用電耗率、燃?xì)廨啓C(jī)的作功能力、燃?xì)廨啓C(jī)的輪機(jī)的作功能力、燃?xì)廨啓C(jī)的NOXNOX控制系統(tǒng)，以及整個(gè)電站調(diào)節(jié)控制控制系統(tǒng)，以及整個(gè)電站調(diào)節(jié)控制的靈活性都有重要影響。的靈活性都有重要影響。IGCCIGCC中的空分形式中的空分形式 按氮回注與否劃分按氮回注與否劃分空分系統(tǒng)在空分系統(tǒng)在IGCCIGCC中的應(yīng)用中的應(yīng)用特特 點(diǎn)點(diǎn) 電電 站站荷蘭荷蘭BuggenumBuggenum美國(guó)美國(guó)Wabash RiverWabash River美