化工生产空分工艺的优化李亚权

李亚权

李亚权

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司甲醇中心空分装置内蒙古锡林浩特027300

摘要：我国化工行业正处于一个飞速发展时期，在这种情况下便对空气分离的技术要求也越来越高，尤其是最近几年空气分离技术不断地的发展，从而使的空气分离技术进入了一个环保的发展阶段，我们国家通过研究外国的领先技术，融入中国的技术，进而使空气分离技术得到了很大的发展，所以本篇文章主要分析了化工生产空气分离工艺的发展历程以及化工生产空气分离工艺的优化手段。

关键词：空气分离工艺流程节能

由于产生活需要，根据空气中各组分物理性质不同，把氧气、氮气等从空气中分离出来的过程称为空气分离，简称空分。空气主要由氮气、氧气、氩气组成，还含有一定的灰尘、水蒸气、硫化物以及氮氧化物等微量杂质，氮气含量约为78%、氧气含量约为21％、其他气体约为1％，想要分离某种气体的产量和纯度成为选择工艺方法的主要依据，在本篇文章中主要分析了化工生产空气分流公立的发展历程，还重点分析了化工生产空气分离工艺的优化。

一、化工生产空分工艺的发展历程

空气分离方法可以分为非低温和低温两种，变压吸附、膜分离、化学分离等为非低温法，低温精馏法为低温法。变压吸附法是利用充填有分子筛的吸附塔对不同分子有选择性吸附将空气分离。分子筛达到饱和时需要对其进行再生，因此一般最少需要两个吸附塔交替使用，分子筛的再生可用加热法或者降压法。压力吸附法所得产品氧纯度不高，为93％左右，且制氧量有限。膜分离法是空气通过具有渗透选择性的有机聚合膜时，氧气和氮气穿过薄膜的速度不同，氧气是氮气的4-5倍，来实现氧氮分离。膜分离法具有设备简单，操作方便，易于管理等优点，但是氧气浓度很低，在28％-35％左右，制氧量很低。低温精馏法的主要工作原理是将空气除去杂质并液化冷却后，根据各成分沸点不同经过精馏分离，实现氧氮分离的效果。低温精馏法多的氧气纯度大于99.6％，氮气纯度约99.9％，且产气量较大，是目前国内大型空分的主要技术。1903年，德国林德采用高压节流技术，发明了世界第一台制氧机。1906年，德国海兰特用高压膨胀机来液化空气和生产液氧。1924年，德国法兰克尔提出在中大型空分设备上采用金属填料的蓄冷器代替热交换器，是大规模气体液化与分离方面的一个重要进展。20世纪70年代后，随着科学技术和经济的不断发展进步，精馏塔、水冷塔和其他设施得到不同程度改进，在满足生产需要的同时更加注重安全、节能和整体优化。新中国成立后，国民经济得到迅速发展，工业用氧困难的问题日渐突出，我国空分研究始于1955年，1978年引进德国林德公司的空分设计制造技术，在此后的研究中，除了单机组和单元设备上有所改进外整体没有明显进步。自1992年起，国内开始了解和跟踪国外的规整填料上塔和全精馏制氩技术，1997年开封空分设备集团采用全精馏制氩技术，促进了新技术的推广应用，一定程度缩小了我国与国外的技术差距。

二、化工生产空分工艺的优化

提高产品产量，提高设备效率，降低设备所耗蒸汽、电能和循环水，进一步降低氧气生产单耗，是每个空分厂家都在努力追求的目标。今后空分技术的发展将体现在压缩机效率的提高、冷箱内物流循环的改进、新型换热设备的采用、新型分子筛的采用等方面。

2.1主要影响空分设备能耗的因素

空压机入口的滤网和级间温度都是影响排气量的重要因素。空压机入口设有双层自洁式过滤器，可以拦截通入气体的粉尘和其他机械杂质，随着运行时间增加，过滤器吸附的杂质逐渐堆积，增大气体通过阻力。空压机运行时为了节能和实现压缩机的等温压缩，每级必须要设置级间冷却器，以降低空气温度。冷却器中用冷却水达到冷却效果，循环水水压、水量不足、水温升高导致级间换热不及时，温度升高，排气量减少，能耗相应增加。循环水水质不洁或COD含量偏高，会导致级间换热器堵塞。空分装置冷量损失主要由主换热器的热交换不完全造成，主换热端温差一般要求控制在3℃以内，由于调节不当以及设备原因，造成换热器偏流，主换热器温差过大，导致主冷液位及液氧采出量明显下降。冷量不足还会导致上塔不能正常运行，氧气提取率降低，导致能耗增加。膨胀机是空分系统制冷的核心与动力，决定空分制氧量的高低。在机后压力一定的情况下，机前压力和进口温度都稍微高一点，膨胀机效率则会增高，制冷量相应增加。

2.2进行系统的优化工作

对于空压机组优化，我们要及时更换过滤器，降低空压机口阻力。降低循环水温度，及时补充循环水，并检测循环水质，改善空压机组机间换热效果，降低压缩机各级入口温度，降低系统压力，可有效提高空气压缩机的压缩比，增加空气压缩机出口排气量。对于膨胀机优化，在进气量一定的情况下，膨胀机制冷量大小主要与入口压力和温度有关。合理调节膨胀机入口压力和温度指标，稍高于设计指标则膨胀机转速提高，制冷量显著提高。对于降低上塔压力，当上塔压力降低时，空压机排气压力降低，入口气量会增加，制氧量提高，而且主塔压力低一点也会有利于主塔氧、氮的分离。对于调节换热器温差，热交换不完全冷损与热端温差的大小成正比，在操作时应尽量把热端温差控制在3℃以内；合理分配高低压换热器的气体流量，减少主换热系统热端温差，以减少热交换不完全带来的冷损。定期拆检冷箱顶部装砂口，检查珠光砂沉降程度，避免因其造成的冷量损失，可补砂解决。对于分子筛优化，分子筛末期极易出现指标超标现象，原因主要是空气中二氧化碳、硫化物等超标或空冷塔出口气温度过高或带水，导致分子筛水量过多，造成分子筛吸附能力下降。适当减少空压机排气量，控制好空冷塔出口温度来缓解超标现象。空分主装置及其辅助设备是一个整体，在操作时要充分考虑部分环节工况变化对系统带来的影响，并采取措施积极优化，保证主要工艺参数的稳定。

三、总结

在提升化工厂的生产效率方面，空气分离技术是有着非常大的作用的，因此，我们要对空气分离技术进行着重的研究和开发，我们要不断地研究外国领先的技术，同时加入我们中国的工艺，从而开发出新的空气分离的工艺技术，只有这样才能在一定程度上提升化工厂的生产效率，进而促进经济的发展，在本篇文章中，我主要是阐述了化工生产空分工艺的发展历程，其次，还着重分析了化工生产空分工艺的优化，即对主要影响空分设备能耗的因素进行了阐述，除此之外还提出了进行系统的优化工作，以期望通过优化手段来提升化工厂空气分离技术的工艺，进而促进我国的经济发展。

参考文献：

[1]裘超.空分设备后备系统流程配置及其动态模拟浅析[J].深冷技术.2017（06）

[2]陈蕾.基于DCS的分子筛控制系统设计[J].东北石油大学.2017（03）