空分精餾節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

叢日雪

摘要：工業(yè)氣體，是許多工業(yè)行業(yè)中生產(chǎn)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(shè)備，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化具有重要的意義。當(dāng)前，很多工廠的空分裝置還存在許多缺點(diǎn)，突出的是能耗較高、而且產(chǎn)量有限，運(yùn)行效率不佳。所以，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的市場(chǎng)形勢(shì)下，優(yōu)化其工藝流程、改進(jìn)其技術(shù)方式是符合市場(chǎng)形勢(shì)要求的。

關(guān)鍵詞：空分精餾；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用

1主要分離方法

1.1低溫精餾法

蒸餾，主要利用物質(zhì)不同而沸點(diǎn)不同的原理，多次蒸發(fā)液體、冷凝部分氣體，達(dá)到分離氣體的目的。低溫蒸餾，是利用壓縮機(jī)將空氣液化，然后依據(jù)不同物質(zhì)的沸點(diǎn)溫度，在接觸之后分別進(jìn)行蒸發(fā)和冷凝，這樣反復(fù)操作，可以將沸點(diǎn)低的氮?dú)庹舭l(fā)掉，將氧氣冷卻下來(lái)。在這個(gè)過(guò)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(kāi)了。低溫蒸餾的生產(chǎn)過(guò)程，可以達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)、擴(kuò)充種類(lèi)、提高純度的效果。

1.2吸附法

吸附，是通過(guò)分子篩進(jìn)入吸附塔，將空氣進(jìn)行吸附。比如，某些分子篩對(duì)氮就具有特別明顯的吸附能力，比如SA，13X等。在通過(guò)這個(gè)分子篩時(shí)，空氣當(dāng)中的氧氣可以順利通過(guò)，進(jìn)而提高氮?dú)夂?。而沸石分子篩吸附容量低，會(huì)限制吸附作用，很容易達(dá)到飽和狀態(tài)，不能再繼續(xù)進(jìn)行。因此，需要前后增設(shè)多座吸附塔，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氣的目的。一般來(lái)講，在正常的吸附過(guò)程中，一般設(shè)置兩座吸附塔，一座在線(xiàn)吸附、一座離線(xiàn)工作。吸附方法，優(yōu)點(diǎn)明顯，投資低、操作簡(jiǎn)單，但由于周期短，需要經(jīng)常切換，因而生產(chǎn)能力弱、最終產(chǎn)品濃度也有所限制。

1.3膜分離法

膜分離，是通過(guò)利用聚合材料制作的膜，也可以將空氣進(jìn)行滲透分離。當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)，氧氣達(dá)到氮?dú)獾奈灞蹲笥視r(shí)，會(huì)分離開(kāi)來(lái)。采用膜分離的方法，不需要降低溫度，也不需要進(jìn)行相變，因而裝置簡(jiǎn)單、投資較低，而且操作簡(jiǎn)便，唯一不足的是氧氣濃度只能達(dá)到40%，規(guī)?；a(chǎn)程度不高，只適用于小型制氧企業(yè)。

2工藝流程

工廠空分單元是一種高純氮?dú)庖旱a(chǎn)單元，分為前端單元和后端單元，前端單元是高純氮?dú)馍a(chǎn)單元，只進(jìn)行高純氮?dú)馍a(chǎn)；后方單元，主要是氮?dú)庖夯瘑卧?，而且純度較高，主要對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行液化。

2.1空氣壓縮

在通過(guò)三層進(jìn)氣過(guò)濾后，可以將固體懸浮物過(guò)濾，再將進(jìn)氣噪聲降低后，最終進(jìn)入空氣壓縮設(shè)備。壓縮過(guò)程通常有三個(gè)階段，前兩次的壓縮，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，隨后在經(jīng)過(guò)冷卻器交換熱量，同時(shí)去除空氣當(dāng)中的水分，降低溫度，然后，再進(jìn)入第三階段的壓縮。

2.2空氣冷卻

主空壓機(jī)出口裝有熱交換器，主空壓機(jī)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(tài)的水分含量就會(huì)越高，因此，而當(dāng)空氣溫度下降時(shí)，水分就會(huì)沉淀下來(lái)，而后冷卻器配有自動(dòng)排水裝置，可以確?？諝庵械乃直蝗コ?。當(dāng)空氣從冷卻器出來(lái)后，溫度降低，水分被去除后，也有利于分子篩吸附方法對(duì)雜質(zhì)的去除凈化。

2.3分子篩純化系統(tǒng)

分子篩吸附凈化系統(tǒng)，主要是利用了變溫吸附的原理進(jìn)行凈化，一般設(shè)有兩套設(shè)備，一套在線(xiàn)吸附凈化，另一套離線(xiàn)運(yùn)，作交替進(jìn)行。即當(dāng)空氣在離開(kāi)冷卻器后，進(jìn)入凈化系統(tǒng)，分子篩去除空氣當(dāng)中的灰塵、乙炔、二氧化碳、氮氧化合物等成分。當(dāng)?shù)谝惶自O(shè)備處于飽和狀態(tài)時(shí)，切換到另一套吸附設(shè)備同步運(yùn)行，然后將離線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行降壓、加熱、冷卻等環(huán)節(jié)，進(jìn)行解析，進(jìn)而去除吸附器上的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)分子篩再生。隨后，加壓到標(biāo)準(zhǔn)要求，全自動(dòng)通道切換，反復(fù)推進(jìn)。

2.4主換熱器和膨脹機(jī)

在主換熱器當(dāng)中，有冷熱兩種氮源。熱源從下塔頂端的空氣和氮?dú)饫淠?，冷源是從上塔頂端抽出的空氣、再?jīng)過(guò)膨脹冷卻形成。在通過(guò)主換熱器時(shí)，會(huì)交換熱量，空氣冷卻進(jìn)入下塔，而液氮溫度降低，回流進(jìn)入上塔，再進(jìn)行膨脹，直到溫度進(jìn)入零下?tīng)顟B(tài)。當(dāng)溫度下降后，再一次進(jìn)入主換熱器。由于純氮裝置不生產(chǎn)液態(tài)氣體，因此為了補(bǔ)充冷損失，采用小型膨脹設(shè)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(jīng)過(guò)上述分子篩后，進(jìn)入到主換熱器中，當(dāng)溫度降至零下170度時(shí)，可以生成氣液混合物，此時(shí)從下塔中變?yōu)樯仙龤怏w，在經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的部分蒸發(fā)與冷凝后，空氣就會(huì)被分離成純氮和富氧的餾分。下塔下部的富氧液體在經(jīng)過(guò)深冷后進(jìn)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(jīng)過(guò)節(jié)流降壓后，流至上塔中心部位再被主冷蒸發(fā)至上塔塔頂?shù)玫郊兊怀槌?，這是上下兩塔的蒸餾工藝過(guò)程。富氧液體被抽出后，由部分蒸發(fā)、部分冷凝共同作用，在去除碳?xì)浠旌衔锖?，排入大氣?dāng)中。這其中產(chǎn)生的部分濃縮液上升到上塔內(nèi)，另一部分在通過(guò)主換熱器后，再行擴(kuò)展，并在分子篩中去除了分子再生氣體。

2.6氮?dú)庖夯?/p>

氮?dú)庖夯饔糜趶囊夯岸藛卧a(chǎn)的純氮?dú)怏w液化，得到液氮產(chǎn)品。主要設(shè)備有壓縮機(jī)3臺(tái)、換熱器1臺(tái)、氣液混合器2臺(tái)、分離器2臺(tái)。在通過(guò)兩個(gè)壓縮機(jī)后，純氮?dú)獗粔嚎s到38巴，在進(jìn)入換熱器換熱后，一部分被抽出。抽出后對(duì)其進(jìn)行膨脹，膨脹端出來(lái)的低壓氮?dú)庾鳛榉戳骼湓椿刂鲹Q熱器冷端。

3節(jié)能措施

3.1壓縮機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

壓縮機(jī)是實(shí)現(xiàn)空分精餾的基本設(shè)備類(lèi)型，為降低空壓機(jī)的能耗，對(duì)空壓機(jī)的具體節(jié)能技術(shù)如下。

（1）壓縮機(jī)改造技術(shù)。對(duì)壓縮機(jī)的冷卻器進(jìn)行調(diào)整，使得換熱面積增加。再展開(kāi)對(duì)冷卻水的溫度調(diào)整，結(jié)合效率情況，冷卻水的溫度下降3℃，可節(jié)省空壓機(jī)能耗1%。故此，可通過(guò)調(diào)整冷卻水溫度的方式，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

（2）維護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。做好對(duì)壓縮機(jī)的維護(hù)工作，注意對(duì)氣體通道的保養(yǎng)，及時(shí)清理積碳，再注意對(duì)泄漏點(diǎn)的巡查，減少能量損失。并擇取恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑油，減少摩擦阻力。

3.2精餾與換熱系統(tǒng)節(jié)能

（1）調(diào)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(guān)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?dú)馀c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(jī)的功率隨之增加，可造成能耗增加。

（2）結(jié)合規(guī)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(shù)。擇取長(zhǎng)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(shù)

冷損失是空分精餾中的常見(jiàn)問(wèn)題，針對(duì)空分精餾的冷損失，可運(yùn)用冷損失控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)控制。冷損失可用公式（1）描述。

（1）

結(jié)合上述公式，為減少冷損失，可通過(guò)控制制冷量的方式，滿(mǎn)足節(jié)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(shù)

跑冷問(wèn)題較為常見(jiàn)，空分設(shè)備內(nèi)部均為低溫狀態(tài)，應(yīng)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(qiáng)對(duì)熱交換不完全的情況。具體的工藝中，需要及時(shí)調(diào)整氮?dú)馀c氧氣分餾塔閥門(mén)的開(kāi)放程度，并確認(rèn)純化器冷卻水量及壓力情況。

4結(jié)束語(yǔ)

結(jié)語(yǔ)：節(jié)能降耗工作是現(xiàn)階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主旋律，對(duì)空分裝置進(jìn)行設(shè)備與工藝的有效優(yōu)化能降低能耗，減少成本，提高資源實(shí)際利用率。不論是國(guó)家提出的要求，還是企業(yè)自身發(fā)展需要，都要對(duì)節(jié)能降耗給予高度重視。

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（作者單位：大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責(zé)任公司）