空分精馏节能技术的应用

2019-04-19 04:35丛日雪
科学与技术 2019年14期
关键词:节能技术应用

丛日雪

摘要:工业气体,是许多工业行业中生产所需要的重要原料,地位非常重要。因此,其空分装置也是非常重要的操作设备,对其进行技术优化具有重要的意义。当前,很多工厂的空分装置还存在许多缺点,突出的是能耗较高、而且产量有限,运行效率不佳。所以,在市场竞争如此激烈的市场形势下,优化其工艺流程、改进其技术方式是符合市场形势要求的。

关键词:空分精馏;节能技术;应用

1主要分离方法

1.1低温精馏法

蒸馏,主要利用物质不同而沸点不同的原理,多次蒸发液体、冷凝部分气体,达到分离气体的目的。低温蒸馏,是利用压缩机将空气液化,然后依据不同物质的沸点温度,在接触之后分别进行蒸发和冷凝,这样反复操作,可以将沸点低的氮气蒸发掉,将氧气冷却下来。在这个过程中,可以在顶端获得液氮,在底部获得液氧,这样,空气就被分离开了。低温蒸馏的生产过程,可以达到规模生产、扩充种类、提高纯度的效果。

1.2吸附法

吸附,是通过分子筛进入吸附塔,将空气进行吸附。比如,某些分子筛对氮就具有特别明显的吸附能力,比如SA,13X等。在通过这个分子筛时,空气当中的氧气可以顺利通过,进而提高氮气含量。而沸石分子筛吸附容量低,会限制吸附作用,很容易达到饱和状态,不能再继续进行。因此,需要前后增设多座吸附塔,实现连续供气的目的。一般来讲,在正常的吸附过程中,一般设置两座吸附塔,一座在线吸附、一座离线工作。吸附方法,优点明显,投资低、操作简单,但由于周期短,需要经常切换,因而生产能力弱、最终产品浓度也有所限制。

1.3膜分离法

膜分离,是通过利用聚合材料制作的膜,也可以将空气进行渗透分离。当空气通过时,氧气达到氮气的五倍左右时,会分离开来。采用膜分离的方法,不需要降低温度,也不需要进行相变,因而装置简单、投资较低,而且操作简便,唯一不足的是氧气浓度只能达到40%,规模化生产程度不高,只适用于小型制氧企业。

2工艺流程

工厂空分单元是一种高纯氮气液氮生产单元,分为前端单元和后端单元,前端单元是高纯氮气生产单元,只进行高纯氮气生产;后方单元,主要是氮气液化单元,而且纯度较高,主要对氮气进行液化。

2.1空气压缩

在通过三层进气过滤后,可以将固体悬浮物过滤,再将进气噪声降低后,最终进入空气压缩设备。压缩过程通常有三个阶段,前两次的压缩,会产生一定的热量,随后在经过冷却器交换热量,同时去除空气当中的水分,降低温度,然后,再进入第三阶段的压缩。

2.2空气冷却

主空压机出口装有热交换器,主空压机出口空气温度将降低约25度。由于空气温度越高,处于饱和状态的水分含量就会越高,因此,而当空气温度下降时,水分就会沉淀下来,而后冷却器配有自动排水装置,可以确保空气中的水分被去除。当空气从冷却器出来后,温度降低,水分被去除后,也有利于分子筛吸附方法对杂质的去除净化。

2.3分子筛纯化系统

分子筛吸附净化系统,主要是利用了变温吸附的原理进行净化,一般设有两套设备,一套在线吸附净化,另一套离线运,作交替进行。即当空气在离开冷却器后,进入净化系统,分子筛去除空气当中的灰尘、乙炔、二氧化碳、氮氧化合物等成分。当第一套设备处于饱和状态时,切换到另一套吸附设备同步运行,然后将离线设备进行降压、加热、冷却等环节,进行解析,进而去除吸附器上的杂质,实现分子筛再生。随后,加压到标准要求,全自动通道切换,反复推进。

2.4主换热器和膨胀机

在主换热器当中,有冷热两种氮源。热源从下塔顶端的空气和氮气冷凝生成,冷源是从上塔顶端抽出的空气、再经过膨胀冷却形成。在通过主换热器时,会交换热量,空气冷却进入下塔,而液氮温度降低,回流进入上塔,再进行膨胀,直到温度进入零下状态。当温度下降后,再一次进入主换热器。由于纯氮装置不生产液态气体,因此为了补充冷损失,采用小型膨胀设备,但制冷效果不佳。

2.5高压精馏塔(下塔)和低压精馏塔(上塔)精馏

在经过上述分子筛后,进入到主换热器中,当温度降至零下170度时,可以生成气液混合物,此时从下塔中变为上升气体,在经过多次反复的部分蒸发与冷凝后,空气就会被分离成纯氮和富氧的馏分。下塔下部的富氧液体在经过深冷后进入富液分离器被抽出。而下塔上部的混合氣体,一部分冷凝又回流到下塔,另一部分则在主换热器冷却后,流到上塔,经过节流降压后,流至上塔中心部位再被主冷蒸发至上塔塔顶得到纯氮被抽出,这是上下两塔的蒸馏工艺过程。富氧液体被抽出后,由部分蒸发、部分冷凝共同作用,在去除碳氢混合物后,排入大气当中。这其中产生的部分浓缩液上升到上塔内,另一部分在通过主换热器后,再行扩展,并在分子筛中去除了分子再生气体。

2.6氮气液化器

氮气液化器用于从液化前端单元生产的纯氮气体液化,得到液氮产品。主要设备有压缩机3台、换热器1台、气液混合器2台、分离器2台。在通过两个压缩机后,纯氮气被压缩到38巴,在进入换热器换热后,一部分被抽出。抽出后对其进行膨胀,膨胀端出来的低压氮气作为反流冷源回主换热器冷端。

3节能措施

3.1压缩机系统节能技术

压缩机是实现空分精馏的基本设备类型,为降低空压机的能耗,对空压机的具体节能技术如下。

(1)压缩机改造技术。对压缩机的冷却器进行调整,使得换热面积增加。再展开对冷却水的温度调整,结合效率情况,冷却水的温度下降3℃,可节省空压机能耗1%。故此,可通过调整冷却水温度的方式,实现节能。

(2)维护技术的应用。做好对压缩机的维护工作,注意对气体通道的保养,及时清理积碳,再注意对泄漏点的巡查,减少能量损失。并择取恰当的润滑油,减少摩擦阻力。

3.2精馏与换热系统节能

(1)调整精馏塔的压力。精馏塔上塔的温度与液氧的气化温度有关系,如果温度高,则气化温度亦高。而下塔压力维持不变,可减少氮气与氧气间的温差,可为氮氧分离提供帮助。而下塔的压力增高,空压机的功率随之增加,可造成能耗增加。

(2)结合规整填料塔,可以减少阻力损失,并提高分离效率。

(3)换热器控制技术。择取长板式主换热器,并择取绝缘性较好的材料,减少跑冷。

3.3冷损失控制技术

冷损失是空分精馏中的常见问题,针对空分精馏的冷损失,可运用冷损失控制技术,实现控制。冷损失可用公式(1)描述。

(1)

结合上述公式,为减少冷损失,可通过控制制冷量的方式,满足节能的目的,尽管冷损失不可避免,但可以尽可能弱化冷损失。

3.4跑冷控制技术

跑冷问题较为常见,空分设备内部均为低温状态,应做好工艺检查工作,保障冷箱外壳密封效果,在装珠光砂之前,需做好检查,判断是否存在缝隙。另外,还需要加强对热交换不完全的情况。具体的工艺中,需要及时调整氮气与氧气分馏塔阀门的开放程度,并确认纯化器冷却水量及压力情况。

4结束语

结语:节能降耗工作是现阶段社会经济发展主旋律,对空分装置进行设备与工艺的有效优化能降低能耗,减少成本,提高资源实际利用率。不论是国家提出的要求,还是企业自身发展需要,都要对节能降耗给予高度重视。

参考文献

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[2]葛文博.浅谈空分装置节能降耗[J].中国石化哈尔滨分公司环境科学,2013:197-198.

[3]李国忠.基于aspenplus的低压内循环空分工艺流程模拟[J].化工进展,2012,S2.

[4]胡朝辉.国产空分装置增加液体膨胀机节能降耗的研究[J].化工管理,2016(21):160.

[5]方传锁,丁盼盼.空分装置节能降耗方法简介[J].中氮肥,2016(03):71-73.

(作者单位:大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司)

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