摘要:提高空分裝置氧氣的提取率，減少空分裝置運行能耗一直是一個比較關注的問題，人們通過很多辦法來改善空分裝置的性能并且有了很大的成效。節約空分裝置運行能耗和提高氧氣產品的提取率上，還存在一些潛力可以挖掘。

0 前言

隨著空分裝置工藝流程的更新，人們思路的不斷開闊，空分裝置的流程組織型式由原來的切換板式流程變成現在最先進的分子篩純化加增壓膨脹機流程。對于切換板式流程，為了達到切換板式中水分和二氧化碳的自清除目的，空氣( 污氮氣) 通道需要通入大量的污氮氣，才能保證主換熱器空氣( 污氮氣) 通道中水分和二氧化碳不凍結的條件［1］。由于污氮氣量增多，相對于氮氣產品就隨之減少，下塔不用提供過多的液氮供給上塔，再加上膨脹機的增壓端通常采用發電機，缺少了膨脹空氣的增壓，使這種切換板式流程的膨脹機制冷效果大大低于現在空分工藝的增壓透平制冷，在滿足

整個空分裝置需要的冷量前提下，導致過多的膨脹空氣進入上塔，影響到了上塔的精餾效果［2］，這時需要從下塔抽取一股污液氮送入上塔，來改善上塔精餾段的回流比。下塔抽取污液氮，可以增大污液氮抽口以上的回流比，并減少抽口以下的回流比，改善了下塔的分離效果，提高了液空純度，可以有效地提高氧氣純度。現在的分子篩流程中，因為不需要清除板式中的水分和二氧化碳，所以上塔不需要抽取過多的污氮氣，并且可以得到更多的氮氣產品。對于分子篩流程來說，很多人認為下塔抽污液氮已經沒有太多意義，在對于氮氣產品中的含氬量沒有要求的空分流程中，這種下塔抽污液氮的流程逐漸被取消。但筆者認為，鑒于下塔抽取污液氮，可以均衡上下塔回流比，提高氧的提取率，這種工藝是否對分子篩流程也適用，通過對相同的10000 等級空分產品規格，兩種不同方案的對比，增加與不增加污液氮抽口進行模擬計算，通過計算結果來反映下塔抽污液氮對氧氣純度的影響，空分產品規格詳見表一。

1.5 增壓透平膨脹機的參數設定

增壓透平膨脹機按國產常規參數設計，增壓透平膨脹機增壓端效率按75%設計，膨脹端效率按85%設計。

1.6 塔體參數設定。

通過ASPEN 軟件的對物料進出口位置進行優化計算，上下塔主要進出物料口設置如下:

下塔理論板定位37 塊，上塔理論板定為63 塊，膨脹空氣和液空分別進上塔的第30 塊和21 塊理論板，污氮氣從第9 塊理論板抽出。

2 方案的對比與討論

2.1 方案一、下塔不抽取污液氮

以下塔不抽污液氮的加工空氣為設計基準點，按表一的產品規格進行模擬計算，將估算出的空氣量代入ASPEN 軟件中模擬計算優化后加工空氣量約為49800Nm3 /h，產品純度和產量均滿足表一要求，詳見表二中方案一的參數。

2.2 方案二、下塔抽取污液氮

按方案一中的加工氣量，污液氮從下塔的第13 塊塔板抽出，進入上塔第9 塊塔板，模擬計算后滿足并超過了表一的產品規格，詳見表二中方案二中的參數。

3 兩種方案的優劣對比

從表二中的兩種方案對比可以看出，方案二中之所以氧純度高，是因為方案二中氧產品氣中的氬組分含量減少的很多，大約為方案一中氬組分的60%，氧產品中的氬組分含量大部分已經跑到污氮氣中，使氧氣的純度得到了提高。方案一和方案二中氮組分減少的不是很明顯。方案二中污氮氣含氧量減少了6%，減少的這部分氧氣很大一部分轉化到氧氣產品中。方案二中，氮氣純度由于抽污液氮的影響，上塔底部液氮回流量減少，造成氮氣中含氧量的增加，通過以上對比，總的來說，下塔抽污液氮主要是減少了氧氣產品中的氬含量，而使氧的純度得以提高。

通過對10000 空分裝置兩種方案，同樣加工空氣量來說，抽取污液氮的流程，氧純度明顯方案一，如果對氧氣純度和產量一定的情況下，抽污液氮流程可以減少400Nm3/H 左右的加工氣量，加工空氣量減少對于整個空分裝置來說可以減小閥門管道的投資成本并且可以減少空分裝置的能耗，對與大型空分來說，能耗節省的更為明顯。

下塔抽污液氮，增加了管道和閥門的焊縫，對于空分裝置來說也就是有增加了泄漏點，增加了閥門和管道的投資成本。

但現在的空分裝置的安裝質量和管道力學分析已經達到了一個很高的水平，管道泄漏已經不用太多考慮，相對于增加的閥門和管道投資來說，下塔抽污液氮帶來的效益要大一些。

4 結論

通過對10000 空分裝置兩種不同方案的比較，找出了下塔抽污液氮帶來的一些好處，對于空分裝置的優化設計起到了一定的作用。一般來說，污液氮氬含量較高，不抽污液氮可以減少污氮氣中氬的含量，所以對于帶氬的空分裝置，沒有特殊要求時不建議下塔抽污液氮。

運萌，( 1986 年—) ，女，漢族，畢業于鄭州輕工業學院，助 理工程師，研究方向:空分裝置的技術設計。