空分精餾節能技術的應用

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）