摘要:提高空分裝置氧氣的提取率，減少空分裝置運(yùn)行能耗一直是一個(gè)比較關(guān)注的問題，人們通過很多辦法來改善空分裝置的性能并且有了很大的成效。節(jié)約空分裝置運(yùn)行能耗和提高氧氣產(chǎn)品的提取率上，還存在一些潛力可以挖掘。

0 前言

隨著空分裝置工藝流程的更新，人們思路的不斷開闊，空分裝置的流程組織型式由原來的切換板式流程變成現(xiàn)在最先進(jìn)的分子篩純化加增壓膨脹機(jī)流程。對(duì)于切換板式流程，為了達(dá)到切換板式中水分和二氧化碳的自清除目的，空氣( 污氮?dú)? 通道需要通入大量的污氮?dú)猓拍鼙ＷC主換熱器空氣( 污氮?dú)? 通道中水分和二氧化碳不凍結(jié)的條件［1］。由于污氮?dú)饬吭龆啵鄬?duì)于氮?dú)猱a(chǎn)品就隨之減少，下塔不用提供過多的液氮供給上塔，再加上膨脹機(jī)的增壓端通常采用發(fā)電機(jī)，缺少了膨脹空氣的增壓，使這種切換板式流程的膨脹機(jī)制冷效果大大低于現(xiàn)在空分工藝的增壓透平制冷，在滿足

整個(gè)空分裝置需要的冷量前提下，導(dǎo)致過多的膨脹空氣進(jìn)入上塔，影響到了上塔的精餾效果［2］，這時(shí)需要從下塔抽取一股污液氮送入上塔，來改善上塔精餾段的回流比。下塔抽取污液氮，可以增大污液氮抽口以上的回流比，并減少抽口以下的回流比，改善了下塔的分離效果，提高了液空純度，可以有效地提高氧氣純度。現(xiàn)在的分子篩流程中，因?yàn)椴恍枰宄迨街械乃趾投趸迹陨纤恍枰槿∵^多的污氮?dú)猓⑶铱梢缘玫礁嗟牡獨(dú)猱a(chǎn)品。對(duì)于分子篩流程來說，很多人認(rèn)為下塔抽污液氮已經(jīng)沒有太多意義，在對(duì)于氮?dú)猱a(chǎn)品中的含氬量沒有要求的空分流程中，這種下塔抽污液氮的流程逐漸被取消。但筆者認(rèn)為，鑒于下塔抽取污液氮，可以均衡上下塔回流比，提高氧的提取率，這種工藝是否對(duì)分子篩流程也適用，通過對(duì)相同的10000 等級(jí)空分產(chǎn)品規(guī)格，兩種不同方案的對(duì)比，增加與不增加污液氮抽口進(jìn)行模擬計(jì)算，通過計(jì)算結(jié)果來反映下塔抽污液氮對(duì)氧氣純度的影響，空分產(chǎn)品規(guī)格詳見表一。

1.5 增壓透平膨脹機(jī)的參數(shù)設(shè)定

增壓透平膨脹機(jī)按國(guó)產(chǎn)常規(guī)參數(shù)設(shè)計(jì)，增壓透平膨脹機(jī)增壓端效率按75%設(shè)計(jì)，膨脹端效率按85%設(shè)計(jì)。

1.6 塔體參數(shù)設(shè)定。

通過ASPEN 軟件的對(duì)物料進(jìn)出口位置進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，上下塔主要進(jìn)出物料口設(shè)置如下:

下塔理論板定位37 塊，上塔理論板定為63 塊，膨脹空氣和液空分別進(jìn)上塔的第30 塊和21 塊理論板，污氮?dú)鈴牡? 塊理論板抽出。

2 方案的對(duì)比與討論

2.1 方案一、下塔不抽取污液氮

以下塔不抽污液氮的加工空氣為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，按表一的產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行模擬計(jì)算，將估算出的空氣量代入ASPEN 軟件中模擬計(jì)算優(yōu)化后加工空氣量約為49800Nm3 /h，產(chǎn)品純度和產(chǎn)量均滿足表一要求，詳見表二中方案一的參數(shù)。

2.2 方案二、下塔抽取污液氮

按方案一中的加工氣量，污液氮從下塔的第13 塊塔板抽出，進(jìn)入上塔第9 塊塔板，模擬計(jì)算后滿足并超過了表一的產(chǎn)品規(guī)格，詳見表二中方案二中的參數(shù)。

3 兩種方案的優(yōu)劣對(duì)比

從表二中的兩種方案對(duì)比可以看出，方案二中之所以氧純度高，是因?yàn)榉桨付醒醍a(chǎn)品氣中的氬組分含量減少的很多，大約為方案一中氬組分的60%，氧產(chǎn)品中的氬組分含量大部分已經(jīng)跑到污氮?dú)庵校寡鯕獾募兌鹊玫搅颂岣摺７桨敢缓头桨付械M分減少的不是很明顯。方案二中污氮?dú)夂趿繙p少了6%，減少的這部分氧氣很大一部分轉(zhuǎn)化到氧氣產(chǎn)品中。方案二中，氮?dú)饧兌扔捎诔槲垡旱挠绊懀纤撞恳旱亓髁繙p少，造成氮?dú)庵泻趿康脑黾樱ㄟ^以上對(duì)比，總的來說，下塔抽污液氮主要是減少了氧氣產(chǎn)品中的氬含量，而使氧的純度得以提高。

通過對(duì)10000 空分裝置兩種方案，同樣加工空氣量來說，抽取污液氮的流程，氧純度明顯方案一，如果對(duì)氧氣純度和產(chǎn)量一定的情況下，抽污液氮流程可以減少400Nm3/H 左右的加工氣量，加工空氣量減少對(duì)于整個(gè)空分裝置來說可以減小閥門管道的投資成本并且可以減少空分裝置的能耗，對(duì)與大型空分來說，能耗節(jié)省的更為明顯。

下塔抽污液氮，增加了管道和閥門的焊縫，對(duì)于空分裝置來說也就是有增加了泄漏點(diǎn)，增加了閥門和管道的投資成本。

但現(xiàn)在的空分裝置的安裝質(zhì)量和管道力學(xué)分析已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很高的水平，管道泄漏已經(jīng)不用太多考慮，相對(duì)于增加的閥門和管道投資來說，下塔抽污液氮帶來的效益要大一些。

4 結(jié)論

通過對(duì)10000 空分裝置兩種不同方案的比較，找出了下塔抽污液氮帶來的一些好處，對(duì)于空分裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到了一定的作用。一般來說，污液氮?dú)搴枯^高，不抽污液氮可以減少污氮?dú)庵袣宓暮浚詫?duì)于帶氬的空分裝置，沒有特殊要求時(shí)不建議下塔抽污液氮。

運(yùn)萌，( 1986 年—) ，女，漢族，畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院，助 理工程師，研究方向:空分裝置的技術(shù)設(shè)計(jì)。