空分设备中空气分离技术分析

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1、空分设备中空气分离技术分析摘要：介绍了现在国内关于空分设备中的空气净化技术，重点关于除去固体杂质和除去气体杂质，并分析相应净化原理，净化技术及危险杂质的危害。关键字：空气净化危险杂质干蒸发机械除杂化学除杂空气中除氧、氮外。还含有少量的氩、水蒸汽、二氧化碳、乙炔和其它碳氢化合物等气体，以及少量的灰尘等固体杂质。空气中的水蒸汽含量约为4-40克/米3空气(随地区和气候而异)。二氧化碳的含量可达0.6—0.9克/米3空气，乙炔含量约为0.01一0.1厘米3/米3空气(在乙炔站和化工厂附近含量可达0.5一l厘米3/米3空气，甚至更高)，灰尘等固体杂质的含量一般为0．005—0．0l克，米3空气(

2、冶金厂附近可高达0.05克/米3空气)。这些杂质在每立方米空气含量虽然不高。但由于大型空分装置每小时加工空气量都在几万甚至十几万立方米。因此每小时带人空分装置的总量还是可观的[1].。少量的有害的杂质随原料空气进入空分设备内，会带来如下影响气体杂质在局部区域内冻结,堵塞设备，可燃性杂质引起爆炸，以及腐蚀、磨损、堵塞等。为此要设置专门的空气净化设备，清除少量有害杂质，确保运行的安全性、可靠性和经济性[2]。（一）空分设备的爆炸危险空分设备的爆炸是空气分离生产中的重大威胁。据调查知国内85例化学性爆炸事故中，高、中压和双压流程占82%，全低压流程占18%，液氧设备无爆炸事故。发生爆炸的部位统

3、计，主冷凝蒸发器46例，占54%，辅助冷凝蒸发器14％，主换热器11%。列管式冷凝蒸发器17例中，底部爆10例，汽、液交界处5例，顶部2例[2]。其中板翅式冷凝蒸发器爆炸部位是汽、液交界处。绝大多数爆炸是在塔内CO2较多、阀门经常堵塞，而操作频繁、压力波动、主冷液面过抵、主冷液面忽高忽低、气流冲击等情况下发生。爆炸部位大多数在富氧液休或液氧蒸发区域，由于液体蒸发使各种危险杂质浓缩或析出，加上剧烈脉冲与摩擦等，就引起爆炸。爆炸形成的原因。形成爆炸的因素有三个方面：可爆炸的危险杂质(即可燃物)，液氧(即助燃物)，一定能量的引爆源。一空分设备中的可爆炸的危险杂质空分设备中可爆炸的危险杂质主要是

4、大气中的碳氢化合物，它们随原料空气进入空分设备内。虽然碳氢化合物在原料空气中含量甚微，但是在低温条件下，仍有可能超过其饱和蒸汽压从原料空气中析出。在主换热器的低温区域，丁烯、丁烷将析出，丙烷、丙烯和乙炔则视它们在大气中的含量而定。碳氢化合物随原料空气进入空分塔，在下塔浓集于液空内，最后进入冷凝蒸发器液氧中，在上塔顶部的氮气中含烃量甚微。碳氢化含物在气氧和液氧中分布取决于：它们在液氧中的溶解度和它们的平衡常数K=x／u(烃在液相中含量与气相中含量之比)，例如：甲烷在90K时K=3.5，且在液氧中溶解度大，因而进入“主冷”的甲烷可随蒸发的气氧逸出，不会在液氧中积聚。其它碳氢化合物，平衡常数大

5、，浓集于液氧内，液氧蒸发时随蒸发的气氧逸出少，残存于液氧内。碳氢化舍物在空分塔内爆炸可以有如下两种情况；a：不饱和碳氢化合物发生分解反应，b：分解反应可在无氧状态下发生，c：碳氢化合物与氧发生氧化反应。如果某种碳氢化合物在液氧或液空中的溶解度高，不发生析出，其危险能就小。如乙烯丙烯均能发生分解反应，但是它们在液氧中溶解度太，原料空气中含量不足使它们在液氧中析出，它们的危险性就小。各种碳氢化合物的化学稳定性取决于它的爆炸下限，爆炸敏感性。爆炸下限低，爆炸敏感性高者其危险性就太。一般规律是相对危险性随碳原子数的增加而增加，相等碳原子数的碳氢化合物，不饱和度增加其相对危险性亦增加。二，主冷凝蒸

6、发器内危险杂质的积聚情况经过空气净化过程后，原料空气中为除去的危险杂质最终均随气流进入“主冷”内，并在此内积聚，所以空分设备爆炸常常发生于主冷内。碳氢化合物在液氧中状态可以是单相溶液状态，也可以是结晶悬浮．溶胶状和传热面上沉淀。悬浮状、溶胶状的碳氢化合物是粘附在传热面上，溶解于液氧中碳氢化台物在液氧蒸发时沉淀在传热面上，这种沉淀层造成大量乙炔的局部积聚，也许此时液氧中乙炔含量是远离饱和状态。沉淀层不易溶解，沉淀层达20-50微米时，传热面上形成爆炸条件。不管是什么原因，致使液氧通道内液氧停止循环，称之“干蒸发”。由于碳氢化合物在该通道内不断增浓，是危险的，应力求避免“干蒸发”。进出“主冷

7、”液氧管道位置的布置，会影响碳氢化合物在“主冷”液氧内均匀分布，局部地区会增多。三、空分设备中的引爆源1．压力脉冲。包括由气波冲击、液体冲击气蚀现象所引起的功脉冲等。2．危险杂质固体微粒相互间摩擦或与塔、器壁间的摩擦。3．静电放电。由于液氧的单位电阻值较大，因而易产生静电积聚现象液氧静电积聚程度，很大程度上与其内含CO2、H2O和其他固体粒子量有关。静电场强度取决于固体微粒在液氧中构运动速度、杂质的数量和性质。为防止以上危险的发生，