大型空氣分離裝置雙泵內(nèi)壓縮流程工藝創(chuàng)新

譚思偉

（廣州廣鋼氣體能源股份有限公司，廣東 廣州 510381）

近年來，隨著我國大型空氣分離技術(shù)的發(fā)展，很多工廠中也引進了先進的外國技術(shù)，并且越來越多自主創(chuàng)新技術(shù)也被運用到其中，而空氣分離裝置就是當前重要的產(chǎn)品之一。在進行雙泵內(nèi)壓縮流程的工藝創(chuàng)新中，也要注重安全問題以及創(chuàng)新性能等問題，由此為企業(yè)工廠經(jīng)濟效益的提升提供保障。

1 空氣分離的關(guān)鍵方法

空氣分離形式主要包括低溫與非低溫2 種形式，后者方法有吸附、膜分離以及化學(xué)分離的形式。因當前大規(guī)模地制取氧、氮氣的液產(chǎn)品需求較大，尤其是對于高純度的產(chǎn)品，其低溫分離方法有著不能取代的競爭優(yōu)勢，并且，低溫分離法是實現(xiàn)同時生產(chǎn)氬等不同稀有氣體的最有效的方法，因此低溫法在當前的空氣分離工業(yè)應(yīng)用中，是最為重要的技術(shù)。

對于變壓吸附法來說，其開發(fā)時間是20 世紀50 年代末，因其具有獨特的靈活性、投資比較少且能耗低等優(yōu)勢，得到廣泛認同。在近幾年的時間里，變壓吸附空分的富氧技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。而膜分離空分技術(shù)作為隨后興起的技術(shù)，涉及到高分子材料的領(lǐng)域，逐步被認同，并廣泛應(yīng)用。

1.1 變壓吸附的空氣分離工藝技術(shù)

對于變壓吸附的分離工藝技術(shù)，其基本的原理就是針對氮氣與氧氣在空氣當中的吸附率不同，由此滿足兩者間的分離要求。該工藝最為關(guān)鍵的部分就是吸附塔，可以實現(xiàn)吸附氣體的效果。通過這樣的形式能夠有效地滿足氧氣與氮氣間交替循環(huán)，進而實現(xiàn)連續(xù)再生產(chǎn)的效果。

1.2 膜分離的工藝技術(shù)

膜分離的工藝技術(shù)的原理就是針對氣體當中膜內(nèi)溶解度、滲透率的不同，有效實現(xiàn)分離效果。而氣體在穿透膜的情況下，其外部驅(qū)動以及膜兩側(cè)的壓力差作用下，在滲透率不同的情況下，其氣體會在膜不同的位置進行聚集，以此能夠滿足氣體分離的效果。而膜分離的技術(shù)是必須方便安裝以及操作的，實際中的噪聲比較小，所占的面積也是有限的，啟動時間較短，可是膜在老化后就不能運用了，因此會有較為昂貴的維修費用，另外產(chǎn)氣的純度也會隨之變差。膜分離法是當前世界發(fā)展當中一種高新的技術(shù)形式，是高分子的材料科學(xué)，因為膜分離是沒有相變的，也不需要進行再生，因此膜分離技術(shù)具有技術(shù)先進以及投資少的優(yōu)勢。膜分離技術(shù)在當前已經(jīng)得到了廣泛的運用，能夠在合成氨放空氣中回收相應(yīng)的氫氣，也能從天然氣當中提取氦氣、進行二氧化碳的回收，而甲醇等合成氣也能進行調(diào)比。另外，氣體的膜分離技術(shù)也能運用于空氣分離中，其能夠直接生產(chǎn)氮氣，純度也能達到99.9%；該方法也能直接生產(chǎn)出富氧的空氣，濃度也能達到50%以上。

1.3 低溫精餾的工藝技術(shù)

所謂的低溫精餾工藝，其就是運用氧氣與氮氣沸點不同來滿足分離效果。而且高溫和低壓可以影響到氣體的沸點，因此該工藝主要就是運用高壓和低溫環(huán)境，將空氣實現(xiàn)液化，并經(jīng)過精餾塔進行精餾傳質(zhì)傳熱后，有效地從空氣中分離氮氣與氧氣。對于該工藝的主要優(yōu)勢就在于產(chǎn)氣量比較大，而且分離氣體的純度非常高。有效地運用雙泵內(nèi)壓縮流程，使得其投資會變得更低，而且安全性能也會隨之提升，方便后期操作。其壓縮的空氣會通過分子篩吸附器，有效地除去雜質(zhì)，主要就是水、CO2以及碳氫化合物等物質(zhì)，之后經(jīng)過換熱器再進行冷卻低溫，最后在精餾塔中分離出氧、氮、氬等。裝置需要冷量，經(jīng)過壓縮空氣、壓縮氮氣膨脹的做功來獲取。另外，在地位精餾工藝中，其規(guī)整填料技術(shù)也是常見的工藝。在當前環(huán)境下，其規(guī)整填料的形式得到了有效的推廣以及普及，其能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)開展熱質(zhì)交換的效果，也能滿足耗能降低的效果。而且規(guī)整填料能夠在氧氣、氮氣以及氬氣之間進行高效分離，確保其各個氣體純度進一步提升。另外，其規(guī)整填料能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的變動以及操作等要求，在變工況操作中也能起到快速適應(yīng)的效果。在實際操作過程中，全精餾無氫制氬的技術(shù)也是低溫精餾工作中重要形式。其全精餾無氫制氬的技術(shù)，在發(fā)展中是以規(guī)整填料為基礎(chǔ)而得到推廣的，其全精餾無氫制氬在很多的大型設(shè)備的運用中具有明顯的效果和優(yōu)勢。而且該技術(shù)也具有較強的安全性能，其工藝流程也比較簡單，整體的操作也非常方便、有效，而且借助該技術(shù)整體產(chǎn)出的氬氣的純度也是非常高的，但是該技術(shù)的費用卻非常高，可靠性相對較差。

2 大型空氣分離裝置雙泵內(nèi)壓縮的技術(shù)原理以及工藝流程

針對實際情況的低溫深冷技術(shù)，主要就是對空氣進行壓縮和深冷處理進而形成液化狀態(tài)，主要是以氧、氮等空氣組分的沸點不同為原理，一般在大氣壓下的空氣待分離組分的物理性質(zhì)見表1。然后經(jīng)過精餾來完成氧、氮混合物的分離，其中的低沸點所組分的氮和高沸點組分的氧，經(jīng)過精餾塔盤來實現(xiàn)質(zhì)與熱間的交換，其氮能夠從液相中蒸發(fā)，而且可以使氧從氣相的冷凝后轉(zhuǎn)變?yōu)橐夯螒B(tài)，進而達到氧、氮分離的效果。針對雙泵內(nèi)壓縮流程技術(shù)，其原理就是運用膨脹的空氣進入到下塔的形式。液氧會從主冷抽出，其經(jīng)過液氧泵的壓縮系統(tǒng)到用戶壓力系統(tǒng)，由主換熱器經(jīng)過復(fù)熱后再進入到用戶管網(wǎng)。在主換熱器中，其正流壓縮的空氣和被加壓液氧會實現(xiàn)熱交換，而液氧會實現(xiàn)汽化、復(fù)熱，其高壓空氣隨后就會被冷卻并液化。對于正流高壓的液化空氣以及經(jīng)過增壓膨脹機所完善的膨脹降溫后，空氣會進入到下塔，由此滿足精餾要求。內(nèi)壓縮流程是借助液氧泵對空氣進行增壓的過程，其能夠取代外壓縮流程的氧壓機效果。

該技術(shù)具體的工藝流程為空氣經(jīng)過空氣過濾器過濾、空壓機壓縮后、空氣冷卻塔冷卻后進入分餾塔，利用氮氣跟氧氣沸點不同的特性，將氮氣與氧氣分離后各自輸出。雙泵內(nèi)壓縮原理的應(yīng)用使得在滿負荷狀態(tài)下的電力消耗量降低了6%，且大大縮短了系統(tǒng)的開車時間。

該工藝流程的優(yōu)點是比較多的，因此也得到了非常廣泛的運用，其具有能夠杜絕碳氫化合物間聚集的效果，杜絕爆炸危險，并且能夠使液氧流動性變得更強，使裝置更加具有安全性和可靠性，尤其是在運行過程中。雙泵內(nèi)壓縮的流程中液氧泵以及液氮泵，要比外壓縮機的投資成本要少，整體的操作也非常簡單，比較容易進行檢查和維修。另外，其自動化的控制系統(tǒng)能夠使整體系統(tǒng)的操作更加便利，對工作效率的提升有極大的幫助，使得運行效率變得更加可靠且有效。

表1 空氣中待分離組分的物理性質(zhì)

3 實際的工藝創(chuàng)新策略

隨著當前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，其空氣低溫分離技術(shù)已經(jīng)得到進一步的優(yōu)化和發(fā)展，而且在早期發(fā)展中也注重增加產(chǎn)品提取率，注重原空氣的凈化，對于換熱器效率的提升以及裝置控制優(yōu)化等也提出了一定要求。所以在實際的大型空氣分離裝置發(fā)展中，應(yīng)注重雙泵內(nèi)壓縮流程工藝的研究和創(chuàng)新，為空氣分離工藝水平的提升提供保障。

以降低電力的消耗為目的進行改造和優(yōu)化。針對空氣分離的裝置，在運行開啟時，會因電力消耗高，導(dǎo)致運行的成本提升。為了降低其電力的消耗，就必須要對其進行優(yōu)化和改善，由此對整體成本進行有效的控制。

對變負荷進行調(diào)整，其有著連續(xù)性化工生產(chǎn)的特點，而對于其后面的工序有可能會影響到生產(chǎn)的負荷變動。想要確保系統(tǒng)的負荷穩(wěn)定性，并保證其產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)量不被影響，就必須要對其進行創(chuàng)新和優(yōu)化，通過化解矛盾，使產(chǎn)量以及質(zhì)量不受系統(tǒng)的影響，確保整體工作有效開展。

加強高壓空氣量的調(diào)配。在空氣分離裝置當中的負荷，能夠結(jié)合需求進行調(diào)節(jié)，由于調(diào)節(jié)的范圍比較大，并且高壓氮用量的波動也非常大，因此容易導(dǎo)致其系統(tǒng)存在冷損失的問題。因此，必須要創(chuàng)新改造空氣的分離裝置，裝置中應(yīng)該添加球閥，這樣能更好地控制系統(tǒng)的冷損失。

4 結(jié)語

我國石油和化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐漸向科技化、專業(yè)化以及規(guī)?；确较虿粩嗲斑M。在空氣分離裝置流程的發(fā)展中，也經(jīng)過了多種形式的換代和更新，經(jīng)過創(chuàng)新后，其整體效果也得到了進一步的提升，為空氣分離裝置工藝技術(shù)的有效運用也提供了保障，使得空氣分離產(chǎn)品能夠有效地運用于各個行業(yè)中，并發(fā)揮自身優(yōu)勢和作用。