昆山锦程气体设备有限公司

VPSA制氧装置成功应用于高热地区,工艺特点及注意事项你清楚吗?

发布日期:2018-11-13 作者:KG 点击:

刚果(金)SICOMINES铜钴矿是华刚矿业股份有限公司负责建设和管理的大型矿山,项目分两期建设,一期采选建设规模4550kt/a,二期扩大到9100kt/a。项目一期建设一条湿法生产线,处理选矿厂生产的氧化铜精矿,生产阴极铜,规模8.24万吨/年,硫化铜精矿一期全部外售,二期建设再考虑硫化铜精矿的处理。项目二期启动之前,华刚矿业在项目一期的基础上建设焙烧炉系统,通过对项目一期生产能力进行填平补齐,最大限度提高项目一期阴极铜产量。制氧成套设备用于为焙烧炉系统提供富氧,根据工艺计算,该项目需要采购一套5000Nm³/h(纯氧量)制氧成套设备。经过业主多次考察昆山锦程气体设备有限公司制氧设备,最终决定采购锦程气体VPSA制氧设备。微信图片_20181017082014.jpg


技术性能

1.性能参数

氧气产量:6250Nm³/h(80%)

氧气纯度:80±1%

氧压机排气压力:0.03MPa

起动时间:30min

年开工率:99%


2.公用工程

制氧设备循环冷却水用量:40m³/h

制氧设备软化水用量:10m³/h

氧气增压机循环冷却水用量:10m³/h

制氧设备装机功率:2500KW

氧气压缩机装机功率:90KW

辅助设备及公用工程装机功率:50KW

制氧站占地面积:37×35m²


工艺流程

a处过滤的空气在鼓风机的输送下,进入装有分子筛及活性氧化铝的吸附塔A或B。当空气流经塔内分子筛固定床层时,空气中的氮气分子在吸附作用力下扩散到分子筛固体中去,氧气分子和氩气原子则通过床层到缓冲罐中,并由氧压机加压到客户的使用压力后,输送到储气罐通过C处输出供用户使用。


经过一段时间的吸附,分子筛颗粒中充满氮气分子,达到吸附饱和阶段,此时关闭空气进口阀,利用塔内的富氧空气对刚抽真空的另一塔进行冲洗,等压力降到某一值时关闭均压阀,同时打开真空泵进口阀对塔体抽真空,氮气由b处排出。


到一定真空度后再利用另一塔内的富氧气及缓冲罐中部份产品气对分子筛冲洗,从而使吸附剂彻底解吸。吸附剂解吸过程完成后,用产品气对塔进行充压,充压至某一低真空度值后关闭缓冲阀,打开鼓风机出口阀对吸附塔进行充压,为下一次吸附做准备。


近年来, 简化工艺流程是VPSA制氧工艺发展的趋势之一。由过去的三床、四床向单床或两床发展。


三床制氧工艺鼓风机连续工作,压力波动小,同时氧气产品压力高,波动小。同两床制氧工艺比较,主要存在以下不足:


1)与两床制氧工艺吸附、解吸时间相同的条件下,三床循环周期时间比两床长1/3,吸附剂用量增加。

2)吸附塔和切换阀的数量增加。

3)鼓风机平均排气压力和温度高于两床,排气温度高,直接影响床层吸附温度,吸附剂的吸附能力下降。排气压力高,鼓风机能耗增加。同时,国外知名VPSA制氧企业基本上都采用两床工艺。


工艺设备配置

1.鼓风机、真空泵、增压机

鼓风机和真空泵共用了一台电机,电机功率1250KW。鼓风机由山东章丘鼓风机有限公司生产,理论流量558.32m³/min,。真空泵选用了一台湿式罗茨真空泵,每台理论流量777.6m³/ min。氧气增压机选用一台罗茨氧气增压风机,理论流量52m³/min,电机功率45KW。章鼓和TAIKO成立过合资厂,其早期的产品一直有TAIKO的标志,目前虽然合资到期,其产品不再打TAIKO的名称,但我们选用的设备其轴承还是进口耐磨轴承,使用情况一直很好。鼓风机和真空泵为VPSA变压吸附制氧装置提供所需的压缩空气和解吸所需的真空度和抽速,其流量、压力等要求根据VPSA变压吸附制氧装置的消耗而定。该鼓风机和真空泵由山东章丘鼓风机厂引进日本大株式会社专有技术进行消化吸收的基础上自行设计制造,其性能完全达到原装进口鼓风机的性能,主要部件实现国产化,备品备件完全国内提供,维护费用低,压缩腔主要由彼此不接触的一对双叶“”字型转子构成,无润滑油污染。

2.切换蝶阀

变压吸附制氧设备整套程序运行的可靠性很大程度上取决于切换蝶阀的可靠性,首先要有足够的运行寿命,其次要有很短的启闭时间和很高的密封性,KINGHOODGAS所用VPSA变压吸附制氧设备专用切换蝶阀为日本进口OKM,该阀门是厂家专门为昆山锦程变压吸附流程设计。通过昆山锦程对该阀门十余年的使用经验,充分肯定了该阀门的性能。

其特点:

(1)双偏心结构,使阀瓣和阀座仅在阀门完全关闭时才接触,磨损低、寿命高、密封力矩小、操作灵活 ;

(2)当气流作用于阀瓣和阀座时,自动产生一密封力,这就意味着在一定压力范围内,气流压力越高,密封性能越佳,即独特的自密封机构。

3.吸附器

采用四台立式轴向双层结构形式吸附器,床层高度1500mm,吸附器采用德国拜耳独特的气体分布结构,保证了床层气流分布的均匀性。每个吸附床由两层分子筛材料和经过钢丝网分开的被动压紧层组成。在吸附塔的底部有一套支撑装置固定吸附床的位置。空气在经过鼓风机组件后进入到吸附塔的底部。空气首先需要通过预处理分子筛,在那里可以除去水气和二氧化碳。水分和二氧化碳等污染物的通过将对主分子筛造成不可恢复的损害。吸附器装填的是制氧专用吸附剂,选用德国拜耳研发,上海恒业分子筛股份有限公司生产的高效VPSA制氧专用分子筛, 其氧氮分离系数超过6,性能达到世界水平。

4.氧气缓冲罐

氧气缓冲罐两台,每台容积100m³,用于产品缓冲。

5.仪表空气系统

仪表空气压缩机选用两台阿特拉斯螺杆空压机, 吸入气量4.5m³/h,压力0.8MPa,电机功率30KW,吸干机为无热干燥机组,干燥气露点为-40°C。

6.仪表控制系统

仪表控制系统无人化管理要求设计和仪表配置。采用PLC逻辑程序和上位机联合控制,具有通讯和远程控制功能。用一条电话线,通过一对一拨号连接方式,可进行远程操作控制、程序修改。从而可以用户的用气特点,在较长时间内逐步调整控制程序,使之最优化。

7.PLC系统主机采用德国

SIEMENS公司产品。

8.就地仪表

变送器选用日本横河。在线氧分仪选用上海昶哎。

9.辅助设备

9.1软化水系统

真空泵及氧气增压机要求10m³/h软化水作为密封水,密封水是以自吸的方式进入泵口,软化水系统由用户自建,选用了一套全自动软化水装置,给水指标达到了低压锅炉用软化水等级。我国湿式真空泵叶轮间间隙比较大,对密封水水质要求不高,总硬度≤200mg/l可满足要求,许多地方采用自来水做密封水,经长期运行考核,未发现结构现象。


9.2循环冷却水系统

6250m³/h制氧站在非洲高热地区,因距离较远,用户决定在制氧站单独建立一套循环冷却水系统,并配置了一台200t/h冷却塔,循环水冷却系统由用户承建。


9.3厂房

6250Nm³/hVPSA制氧设备的厂房是新建制氧厂房。由于地处非洲,机器设备均室内布置。主厂房面积为35×257,双层结构,厂房净高8m。主厂房内部经消音处理,厂房处噪音≤65dB。


性能测试

因调试过程较为顺利,用户对该套制氧设备性能指标有了一定认识和了解。以一个月连续运行记录数据的平均值作为装置性能指标考核依据。


2017年12月中旬该工程项目通过验收,测试结果如下:


氧气平均产量:6600m³/h

氧气平均纯度:83%

24小时制氧站平均耗电:48000KW/h

上述点好指标以制氧站配电系统进线柜上电度表的读数为依据。包括制氧设备、制氧机辅助设备和公用工程耗电。


出现的问题及改进

工程项目的建设地属高热地区,由于鼓风机压比限制,鼓风机出口温度较高。换热器设计较小,在实际调试过程中调整了周期,正压有所下降,进塔温度才有所降低。工程设计中,强调了冬季运行的安全性,忽略了夏季运行气温高给设备运行带来的危害性,故鼓风机吸风口放置在室内。为防止噪音扩散,主厂房基本为全密闭结构,自然通气不良,设置的通风设备能力不足,导致厂房内温度比环境温度高约10℃,环境温度28℃时,鼓风机排气温度高达75℃。吸附温度高,吸附剂吸附性能下降,导致氧气产量或氧气纯度下降。针对出现的问题,增加机械通风设备。同时,改进操作程序和操作工况,取得了良好的效果。


总结与展望

*  VPSAO-6250-4B型VPSA制氧设备是昆山锦程气体设备有限公司采用高效专用VPSA制氧分子筛在高热地区大型规模制氧设备。它的成功,为昆山锦程发展大型VPSA制氧设备奠定了良好的基础。


*  VPSAO-6250-4B型VPSA高原制氧设备整体技术性能指标,在原有甘肃VPSAO-6250-4B的基础上,已达到和接近国际同类产品先进水平,成套机组装备水平与国外产品存在一定差距。


*  LiX型分子筛的应用呈上升趋势。新型更高效的制氧专用分子筛还处在试验研究阶段,短时间内难以取代LiX型分子筛。


*  简化流程、降低能耗、降低投资、扩大产氧规模。


*  制氧工艺流程和操作工艺变化不大,重点优化操作工艺参数,简化和降低配套机组要求。例如:单级真空泵取代双级真空泵;干式真空泵取代湿式真空泵;鼓风机和真空泵风冷、模块化设计、预拼装、取消鼓风机出口的换热器等。


*  工艺参数控制和负荷随机调节进一步完善和提高。


*  昆山锦程气体VPSA制氧技术的发展,受我国机电产品总体水平的制约。以鼓风机、真空泵为例,目前的产品品种单一,单机能力小,机械效率和国外设备相比较有较大的差距,新技术采用进展缓慢。急需的压力脉动小,排气温度低的鼓风机,干式真空泵等设备,短期内难以装备VPSA制氧设备。


*  面对现有技术水平现状,只有加大研发投入,不走跟随技术发展的老路,超前予研新一代制氧工艺。近期应充分发挥自身优势,回避短期内难以解决的技术弱势,研制新的工艺。


本文网址:http://www.kinghoodgas.com/news/415.html

关键词:VPSA,制氧设备,变压吸附制氧

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