三塔真空变压吸附制氧工艺在铜冶炼领域中的应用

2020-08-04胡学奎杨炯良

世界有色金属 2020年8期

南竹，胡学奎，杨炯良

（成都华西化工科技股份有限公司，四川成都 610000）

1 项目背景

刚果（金）年处理400kt铜精矿（干）粗铜冶炼项目，位于刚果（金）卢阿拉巴省，由中国有色矿业集团有限公司和云南铜业（集团）有限公司共同投资的卢阿拉巴铜冶炼股份有限公司（以下简称LCS）负责建设。本项目选定的冶炼工艺采用赤峰云铜侧吹熔炼+多喷枪顶吹吹炼，配套一台还原电炉处理熔炼渣提钴，一台双圆盘浇铸机浇铸粗铜。制酸和脱硫系统采用一转一吸+可再生法有机胺脱硫工艺。最重要的是，采用工业氧气代替部分或全部空气中的氮气形成富氧空气送至熔炼炉和吹炼炉。成都华西化工科技股份有限公司（以下简称成都华科）向LCS提供HXKJ-2x10000/90型真空变压吸附制氧装置（以下简称本装置），为熔炼炉和吹炼炉提供富氧空气。本装置建成并完成试运行和成功投产后，成为国际上首套“三塔真空变压吸附制氧工艺”（以下简称“三塔流程”）大型制氧装置（单套装置氧气产量≥10000Nm3/h），也是国际上首套应用于铜冶炼领域中的“三塔流程”大型制氧装置。本装置运行状况优秀，各项指标均达到用户要求，也完全满足LCS熔炼炉和吹炼炉的用氧需求。

2 装置性能保证

表1 HXKJ-2x10000/90型真空变压吸附制氧装置技术指标

0 6 运行方式 ≥3 5 0 d/a，2 4 h/d 0 7 电单耗（纯氧） ≤0.3 3±0.0 2 k W h/N m 3 0 8 程控阀门三偏心金属密封扭矩关闭型蝶阀成都华科专利产品0 9 阀门密封件寿命 ≥4 0 0万次

3 工艺流程的特点与优势

该工艺过程一般包括三个工序，过滤工序、纯化工序和氧气增压工艺。工艺过程如图1所示。

作为工艺过程中的核心-纯化工序，其工艺采用成都华科的专利流程：《一种三塔真空变压吸附制氧系统及其制氧方法》（专利号：CN201710659064）；区别于其他变压吸附制氧工艺，此工艺的原理是氮氧分离系统中的吸附塔每次吸附产氧过程产出的产品气前段高氧浓部分进入氧气平衡罐A作为制氧系统产品气，后段低氧浓部分在氧气平衡罐B内按照其产出的氧气浓度梯度驻留，相应吸附塔转入产品气升压步骤时，作为产品气升压气回流吸附塔升压。

基于以上原理，相比于单床、两床或者四床制氧工艺，“三塔流程”工艺的优点如下：

①系统的产品氧气的收率更高，能耗更低。②完全解决了两塔真空变压吸附制氧系统鼓风机或真空泵不能连续工作的致命问题。③鼓风机与真空泵完全连续工作，鼓风机和真空泵效率高，能耗更低。④压力能和真空能可完全利用，系统效率高，能耗更低。⑤鼓风机出口压力波动小，鼓风机载荷波动小，风机轴承寿命长，长期稳定性、可靠性更高。⑥可实现故障自动切塔功能，自动切至两塔流程后，用户可进行在线检修，系统可靠性更高，稳定性更高。⑦可连续输送产品氧气，压力波动小，后续加压设备入口载荷波动小，对后续设备寿命、稳定性、可靠性提供有利保证。

4 装置优势

图1 三塔真空变压吸附制氧工艺流程图

本装置的优势显著，工艺先进，技术成熟，能耗低，运行成本低。主要体现在以下几方面：①采用“三塔流程”工艺，系统可实现故障自动切两塔功能和在线修复，完全解决了两塔工艺因故障必须停车的致命问题，保证了装置的高可靠性和长期稳定性。②本装置采用制氧专用径向吸附塔，其气流速度低、阻力降小，吸附剂冲刷小、寿命长、利用率高，装置能耗低。③本装置采用成都华科生产的液动三偏心金属密封扭矩关闭型蝶阀，使装置稳定性高，故障少，维护量少。④本装置采用全自动化控制，开停车简单、方便，可即停即开；装置联锁程度高，可实现“无人值守”。

5 主要工艺设备配置

（1）鼓风机、真空泵、增压机。成都华科于2012年研发出国内首套鼓风机与真空泵共用一台电机的配置方式（以下简称一机拖两泵），并于2013年应用于广东正鹏生物质能源科技有限公司HXKJ-500/80型VPSA-O2项目与中国科学院广州能源研究所HXKJ-300/80型VPSA-O2项目中。本装置继续沿用一机拖两泵，单台电机功率1600KW，共计六台套。鼓风机与真空泵均由山东章丘鼓风机有限公司（以下简称章鼓）生产，真空泵采用湿式罗茨真空泵。氧气增压机选用两台杭氧牌活塞式压缩机与两台杭氧牌透平式压缩机。

（2）消音器。消音器设置于罗茨鼓风机入口与罗茨真空泵出口，其类型是阻抗声流型，极限噪声级将不超过70分贝，高于国家标准与ISO国际标准要求。

（3）吸附塔。该装置的氮氧分离系统中应用径向吸附塔。该径向吸附塔由成都华科于2005年开始研发，与中国空气动力发展中心共同研制并开发了具有国际先进水平的专用径向吸附塔；2007年完成测试，2008年在国内第一套径向吸附塔工业装置（葫芦岛有色金属集团HXKJ-12500/80型VPSA-O2制氧装置）中取得重大成功，与轴向吸附塔相比，成都华科设计的径向吸附塔具有如下优势。