空分精馏节能技术的应用

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　　摘要：工业气体，是许多工业行业中生产所需要的重要原料，地位非常重要。因此，其空分装置也是非常重要的操作设备，对其进行技术优化具有重要的意义。当前，很多工厂的空分装置还存在许多缺点，突出的是能耗较高、而且产量有限，运行效率不佳。所以，在市场竞争如此激烈的市场形势下，优化其工艺流程、改进其技术方式是符合市场形势要求的。
　　关键词：空分精馏；节能技术；应用
　　1主要分离方法
　　1.1低温精馏法
　　蒸馏，主要利用物质不同而沸点不同的原理，多次蒸发液体、冷凝部分气体，达到分离气体的目的。低温蒸馏，是利用压缩机将空气液化，然后依据不同物质的沸点温度，在接触之后分别进行蒸发和冷凝，这样反复操作，可以将沸点低的氮气蒸发掉，将氧气冷却下来。在这个过程中，可以在顶端获得液氮，在底部获得液氧，这样，空气就被分离开了。低温蒸馏的生产过程，可以达到规模生产、扩充种类、提高纯度的效果。
　　1.2吸附法
　　吸附，是通过分子筛进入吸附塔，将空气进行吸附。比如，某些分子筛对氮就具有特别明显的吸附能力，比如SA，13X等。在通过这个分子筛时，空气当中的氧气可以顺利通过，进而提高氮气含量。而沸石分子筛吸附容量低，会限制吸附作用，很容易达到饱和状态，不能再继续进行。因此，需要前后增设多座吸附塔，实现连续供气的目的。一般来讲，在正常的吸附过程中，一般设置两座吸附塔，一座在线吸附、一座离线工作。吸附方法，优点明显，投资低、操作简单，但由于周期短，需要经常切换，因而生产能力弱、最终产品浓度也有所限制。
　　1.3膜分离法
　　膜分离，是通过利用聚合材料制作的膜，也可以将空气进行渗透分离。当空气通过时，氧气达到氮气的五倍左右时，会分离开来。采用膜分离的方法，不需要降低温度，也不需要进行相变，因而装置简单、投资较低，而且操作简便，唯一不足的是氧气浓度只能达到40%，规模化生产程度不高，只适用于小型制氧企业。
　　2工艺流程
　　工厂空分单元是一种高纯氮气液氮生产单元，分为前端单元和后端单元，前端单元是高纯氮气生产单元，只进行高纯氮气生产；后方单元，主要是氮气液化单元，而且纯度较高，主要对氮气进行液化。
　　2.1空气压缩
　　在通过三层进气过滤后，可以将固体悬浮物过滤，再将进气噪声降低后，最终进入空气压缩设备。压缩过程通常有三个阶段，前两次的压缩，会产生一定的热量，随后在经过冷却器交换热量，同时去除空气当中的水分，降低温度，然后，再进入第三阶段的压缩。
　　2.2空气冷却
　　主空压机出口装有热交换器，主空压机出口空气温度将降低约25度。由于空气温度越高，处于饱和状态的水分含量就会越高，因此，而当空气温度下降时，水分就会沉淀下来，而后冷却器配有自动排水装置，可以确保空气中的水分被去除。当空气从冷却器出来后，温度降低，水分被去除后，也有利于分子筛吸附方法对杂质的去除净化。
　　2.3分子筛纯化系统
　　分子筛吸附净化系统，主要是利用了变温吸附的原理进行净化，一般设有两套设备，一套在线吸附净化，另一套离线运，作交替进行。即当空气在离开冷却器后，进入净化系统，分子筛去除空气当中的灰尘、乙炔、二氧化碳、氮氧化合物等成分。当第一套设备处于饱和状态时，切换到另一套吸附设备同步运行，然后将离线设备进行降压、加热、冷却等环节，进行解析，进而去除吸附器上的杂质，实现分子筛再生。随后，加压到标准要求，全自动通道切换，反复推进。
　　2.4主换热器和膨胀机
　　在主换热器当中，有冷热两种氮源。热源从下塔顶端的空气和氮气冷凝生成，冷源是从上塔顶端抽出的空气、再经过膨胀冷却形成。在通过主换热器时，会交换热量，空气冷却进入下塔，而液氮温度降低，回流进入上塔，再进行膨胀，直到温度进入零下状态。当温度下降后，再一次进入主换热器。由于纯氮装置不生产液态气体，因此为了补充冷损失，采用小型膨胀设备，但制冷效果不佳。
　　2.5高压精馏塔（下塔）和低压精馏塔（上塔）精馏
　　在经过上述分子筛后，进入到主换热器中，当温度降至零下170度时，可以生成气液混合物，此时从下塔中变为上升气体，在经过多次反复的部分蒸发与冷凝后，空气就会被分离成纯氮和富氧的馏分。下塔下部的富氧液体在经过深冷后进入富液分离器被抽出。而下塔上部的混合氣体，一部分冷凝又回流到下塔，另一部分则在主换热器冷却后，流到上塔，经过节流降压后，流至上塔中心部位再被主冷蒸发至上塔塔顶得到纯氮被抽出，这是上下两塔的蒸馏工艺过程。富氧液体被抽出后，由部分蒸发、部分冷凝共同作用，在去除碳氢混合物后，排入大气当中。这其中产生的部分浓缩液上升到上塔内，另一部分在通过主换热器后，再行扩展，并在分子筛中去除了分子再生气体。
　　2.6氮气液化器
　　氮气液化器用于从液化前端单元生产的纯氮气体液化，得到液氮产品。主要设备有压缩机3台、换热器1台、气液混合器2台、分离器2台。在通过两个压缩机后，纯氮气被压缩到38巴，在进入换热器换热后，一部分被抽出。抽出后对其进行膨胀，膨胀端出来的低压氮气作为反流冷源回主换热器冷端。
　　3节能措施
　　3.1压缩机系统节能技术
　　压缩机是实现空分精馏的基本设备类型，为降低空压机的能耗，对空压机的具体节能技术如下。
　　（1）压缩机改造技术。对压缩机的冷却器进行调整，使得换热面积增加。再展开对冷却水的温度调整，结合效率情况，冷却水的温度下降3℃，可节省空压机能耗1%。故此，可通过调整冷却水温度的方式，实现节能。
　　（2）维护技术的应用。做好对压缩机的维护工作，注意对气体通道的保养，及时清理积碳，再注意对泄漏点的巡查，减少能量损失。并择取恰当的润滑油，减少摩擦阻力。
　　3.2精馏与换热系统节能
　　（1）调整精馏塔的压力。精馏塔上塔的温度与液氧的气化温度有关系，如果温度高，则气化温度亦高。而下塔压力维持不变，可减少氮气与氧气间的温差，可为氮氧分离提供帮助。而下塔的压力增高，空压机的功率随之增加，可造成能耗增加。
　　（2）结合规整填料塔，可以减少阻力损失，并提高分离效率。
　　（3）换热器控制技术。择取长板式主换热器，并择取绝缘性较好的材料，减少跑冷。
　　3.3冷损失控制技术
　　冷损失是空分精馏中的常见问题，针对空分精馏的冷损失，可运用冷损失控制技术，实现控制。冷损失可用公式（1）描述。
　　（1）
　　结合上述公式，为减少冷损失，可通过控制制冷量的方式，满足节能的目的，尽管冷损失不可避免，但可以尽可能弱化冷损失。
　　3.4跑冷控制技术
　　跑冷问题较为常见，空分设备内部均为低温状态，应做好工艺检查工作，保障冷箱外壳密封效果，在装珠光砂之前，需做好检查，判断是否存在缝隙。另外，还需要加强对热交换不完全的情况。具体的工艺中，需要及时调整氮气与氧气分馏塔阀门的开放程度，并确认纯化器冷却水量及压力情况。
　　4结束语
　　结语：节能降耗工作是现阶段社会经济发展主旋律，对空分装置进行设备与工艺的有效优化能降低能耗，减少成本，提高资源实际利用率。不论是国家提出的要求，还是企业自身发展需要，都要对节能降耗给予高度重视。
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　　（作者单位：大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司）
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