叢日雪
摘要:工業氣體,是許多工業行業中生產所需要的重要原料,地位非常重要。因此,其空分裝置也是非常重要的操作設備,對其進行技術優化具有重要的意義。當前,很多工廠的空分裝置還存在許多缺點,突出的是能耗較高、而且產量有限,運行效率不佳。所以,在市場競爭如此激烈的市場形勢下,優化其工藝流程、改進其技術方式是符合市場形勢要求的。
關鍵詞:空分精餾;節能技術;應用
1主要分離方法
1.1低溫精餾法
蒸餾,主要利用物質不同而沸點不同的原理,多次蒸發液體、冷凝部分氣體,達到分離氣體的目的。低溫蒸餾,是利用壓縮機將空氣液化,然后依據不同物質的沸點溫度,在接觸之后分別進行蒸發和冷凝,這樣反復操作,可以將沸點低的氮氣蒸發掉,將氧氣冷卻下來。在這個過程中,可以在頂端獲得液氮,在底部獲得液氧,這樣,空氣就被分離開了。低溫蒸餾的生產過程,可以達到規模生產、擴充種類、提高純度的效果。
1.2吸附法
吸附,是通過分子篩進入吸附塔,將空氣進行吸附。比如,某些分子篩對氮就具有特別明顯的吸附能力,比如SA,13X等。在通過這個分子篩時,空氣當中的氧氣可以順利通過,進而提高氮氣含量。而沸石分子篩吸附容量低,會限制吸附作用,很容易達到飽和狀態,不能再繼續進行。因此,需要前后增設多座吸附塔,實現連續供氣的目的。一般來講,在正常的吸附過程中,一般設置兩座吸附塔,一座在線吸附、一座離線工作。吸附方法,優點明顯,投資低、操作簡單,但由于周期短,需要經常切換,因而生產能力弱、最終產品濃度也有所限制。
1.3膜分離法
膜分離,是通過利用聚合材料制作的膜,也可以將空氣進行滲透分離。當空氣通過時,氧氣達到氮氣的五倍左右時,會分離開來。采用膜分離的方法,不需要降低溫度,也不需要進行相變,因而裝置簡單、投資較低,而且操作簡便,唯一不足的是氧氣濃度只能達到40%,規模化生產程度不高,只適用于小型制氧企業。
2工藝流程
工廠空分單元是一種高純氮氣液氮生產單元,分為前端單元和后端單元,前端單元是高純氮氣生產單元,只進行高純氮氣生產;后方單元,主要是氮氣液化單元,而且純度較高,主要對氮氣進行液化。
2.1空氣壓縮
在通過三層進氣過濾后,可以將固體懸浮物過濾,再將進氣噪聲降低后,最終進入空氣壓縮設備。壓縮過程通常有三個階段,前兩次的壓縮,會產生一定的熱量,隨后在經過冷卻器交換熱量,同時去除空氣當中的水分,降低溫度,然后,再進入第三階段的壓縮。
2.2空氣冷卻
主空壓機出口裝有熱交換器,主空壓機出口空氣溫度將降低約25度。由于空氣溫度越高,處于飽和狀態的水分含量就會越高,因此,而當空氣溫度下降時,水分就會沉淀下來,而后冷卻器配有自動排水裝置,可以確保空氣中的水分被去除。當空氣從冷卻器出來后,溫度降低,水分被去除后,也有利于分子篩吸附方法對雜質的去除凈化。
2.3分子篩純化系統
分子篩吸附凈化系統,主要是利用了變溫吸附的原理進行凈化,一般設有兩套設備,一套在線吸附凈化,另一套離線運,作交替進行。即當空氣在離開冷卻器后,進入凈化系統,分子篩去除空氣當中的灰塵、乙炔、二氧化碳、氮氧化合物等成分。當第一套設備處于飽和狀態時,切換到另一套吸附設備同步運行,然后將離線設備進行降壓、加熱、冷卻等環節,進行解析,進而去除吸附器上的雜質,實現分子篩再生。隨后,加壓到標準要求,全自動通道切換,反復推進。
2.4主換熱器和膨脹機
在主換熱器當中,有冷熱兩種氮源。熱源從下塔頂端的空氣和氮氣冷凝生成,冷源是從上塔頂端抽出的空氣、再經過膨脹冷卻形成。在通過主換熱器時,會交換熱量,空氣冷卻進入下塔,而液氮溫度降低,回流進入上塔,再進行膨脹,直到溫度進入零下狀態。當溫度下降后,再一次進入主換熱器。由于純氮裝置不生產液態氣體,因此為了補充冷損失,采用小型膨脹設備,但制冷效果不佳。
2.5高壓精餾塔(下塔)和低壓精餾塔(上塔)精餾
在經過上述分子篩后,進入到主換熱器中,當溫度降至零下170度時,可以生成氣液混合物,此時從下塔中變為上升氣體,在經過多次反復的部分蒸發與冷凝后,空氣就會被分離成純氮和富氧的餾分。下塔下部的富氧液體在經過深冷后進入富液分離器被抽出。而下塔上部的混合氣體,一部分冷凝又回流到下塔,另一部分則在主換熱器冷卻后,流到上塔,經過節流降壓后,流至上塔中心部位再被主冷蒸發至上塔塔頂得到純氮被抽出,這是上下兩塔的蒸餾工藝過程。富氧液體被抽出后,由部分蒸發、部分冷凝共同作用,在去除碳氫混合物后,排入大氣當中。這其中產生的部分濃縮液上升到上塔內,另一部分在通過主換熱器后,再行擴展,并在分子篩中去除了分子再生氣體。
2.6氮氣液化器
氮氣液化器用于從液化前端單元生產的純氮氣體液化,得到液氮產品。主要設備有壓縮機3臺、換熱器1臺、氣液混合器2臺、分離器2臺。在通過兩個壓縮機后,純氮氣被壓縮到38巴,在進入換熱器換熱后,一部分被抽出。抽出后對其進行膨脹,膨脹端出來的低壓氮氣作為反流冷源回主換熱器冷端。
3節能措施
3.1壓縮機系統節能技術
壓縮機是實現空分精餾的基本設備類型,為降低空壓機的能耗,對空壓機的具體節能技術如下。
(1)壓縮機改造技術。對壓縮機的冷卻器進行調整,使得換熱面積增加。再展開對冷卻水的溫度調整,結合效率情況,冷卻水的溫度下降3℃,可節省空壓機能耗1%。故此,可通過調整冷卻水溫度的方式,實現節能。
(2)維護技術的應用。做好對壓縮機的維護工作,注意對氣體通道的保養,及時清理積碳,再注意對泄漏點的巡查,減少能量損失。并擇取恰當的潤滑油,減少摩擦阻力。
3.2精餾與換熱系統節能
(1)調整精餾塔的壓力。精餾塔上塔的溫度與液氧的氣化溫度有關系,如果溫度高,則氣化溫度亦高。而下塔壓力維持不變,可減少氮氣與氧氣間的溫差,可為氮氧分離提供幫助。而下塔的壓力增高,空壓機的功率隨之增加,可造成能耗增加。
(2)結合規整填料塔,可以減少阻力損失,并提高分離效率。
(3)換熱器控制技術。擇取長板式主換熱器,并擇取絕緣性較好的材料,減少跑冷。
3.3冷損失控制技術
冷損失是空分精餾中的常見問題,針對空分精餾的冷損失,可運用冷損失控制技術,實現控制。冷損失可用公式(1)描述。
(1)
結合上述公式,為減少冷損失,可通過控制制冷量的方式,滿足節能的目的,盡管冷損失不可避免,但可以盡可能弱化冷損失。
3.4跑冷控制技術
跑冷問題較為常見,空分設備內部均為低溫狀態,應做好工藝檢查工作,保障冷箱外殼密封效果,在裝珠光砂之前,需做好檢查,判斷是否存在縫隙。另外,還需要加強對熱交換不完全的情況。具體的工藝中,需要及時調整氮氣與氧氣分餾塔閥門的開放程度,并確認純化器冷卻水量及壓力情況。
4結束語
結語:節能降耗工作是現階段社會經濟發展主旋律,對空分裝置進行設備與工藝的有效優化能降低能耗,減少成本,提高資源實際利用率。不論是國家提出的要求,還是企業自身發展需要,都要對節能降耗給予高度重視。
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(作者單位:大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司)