空分裝置影響氧氣純度的原因分析

孫東東（大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021000）

空分裝置影響氧氣純度的原因分析

孫東東（大唐呼倫貝爾化肥有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾021000）

本文主要介紹空分裝置原理以及對(duì)氧氣純度產(chǎn)生影響的主要因素，通過(guò)分析在更大程度上挖掘提升氧氣產(chǎn)品提取效率以及減少空分裝置能耗的潛力，充分改善空分裝置的性能。

空分裝置；氧氣純度；原因分析

空分主要是指通過(guò)工業(yè)設(shè)備對(duì)空氣進(jìn)行分解，從而通過(guò)分離空氣中的氧、氮等工業(yè)氣體以支持不同工業(yè)領(lǐng)域的需求?？辗盅b置的工藝流程隨著工業(yè)科技的發(fā)展而不斷獲得發(fā)展，在傳統(tǒng)上,對(duì)空分產(chǎn)品的需求大多是對(duì)高純度產(chǎn)品的需求[1]。近年來(lái),這一狀況有所改變。同樣看冶金行業(yè),這些年受到極大關(guān)注的COREX熔融還原煉鐵技術(shù)需要使用數(shù)倍于采用傳統(tǒng)流程的相同規(guī)模的冶金工廠的氧氣耗,而所需氧氣的純度可低至95%。新的形勢(shì)對(duì)空分行業(yè)提出了新的要求。如同氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用極大地促進(jìn)了空分行業(yè)的發(fā)展一樣,本文簡(jiǎn)要分析純度對(duì)空分流程經(jīng)濟(jì)性的影響。

1 空分裝置空氣分離原理

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣中的主要組成成分是氧氣、氮?dú)?、氬氣，其中氧氣的沸點(diǎn)較氮?dú)庀啾纫叱?3K，氧氣和氬氣沸點(diǎn)接近，且二者相對(duì)于氮?dú)舛紝匐y揮發(fā)氣體。因此當(dāng)混合液體中具有兩種以上不同沸點(diǎn)的組成物質(zhì)時(shí)，加熱混合液體，可以使不同沸點(diǎn)的物質(zhì)中相對(duì)容易揮發(fā)，即沸點(diǎn)相對(duì)較低的成分轉(zhuǎn)變成氣相[2]；當(dāng)混合蒸汽中具有兩種不同沸點(diǎn)的組成成分時(shí)，相對(duì)比較難以揮發(fā)，也就是沸點(diǎn)相對(duì)較高的成分則在混合蒸汽因釋放熱量時(shí)通過(guò)冷凝轉(zhuǎn)變成液相；當(dāng)溫度相差較大的飽和蒸汽與飽和液體接觸時(shí)，蒸汽會(huì)因釋放熱量而發(fā)生部分冷凝，液體會(huì)因?yàn)槲斩嘤酂崃慷l(fā)生部分汽化，這樣就會(huì)出現(xiàn)蒸汽出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象時(shí)，其中的大部分氧組分會(huì)通過(guò)冷凝而轉(zhuǎn)變成液體，液體中的大部分氮組分會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)而轉(zhuǎn)變成氣體，這樣一來(lái)，氣相中氮的成分較高，而液相中氧的成分則較高，這樣的過(guò)程進(jìn)行多次后，就會(huì)使氣相和液相中的氮組分和氧組分濃度不斷增加，最終達(dá)到提取氧氣的目的。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的主要設(shè)備是精餾塔，塔內(nèi)有多塊塔板用來(lái)進(jìn)行氧氣提取時(shí)進(jìn)行蒸發(fā)和冷凝，最后在塔底得到具有一定純度的氧氣。

2 影響氧氣純度的因素

空分裝置影響氧氣純度的主要原因有以下幾點(diǎn)：

2.1 氧氣需求量的大小對(duì)氧氣純度的影響

以氧物料平衡的角度來(lái)說(shuō)，在加工空氣量和氮?dú)鉂舛缺３衷诠潭ǔ潭葧r(shí)，如果對(duì)氧氣的純度要求較高，那么取出的氧氣量只能在一定的范圍內(nèi)；而如果對(duì)氧氣量的要求較高，即需要氧的量較大時(shí)，則氧氣的純度也必然會(huì)受到影響，純度會(huì)有所降低[3]。用公式表示如下：

從上式來(lái)看，若以產(chǎn)量為主要生產(chǎn)目標(biāo)，則需要根據(jù)用戶對(duì)于不同空分產(chǎn)品的需求才能對(duì)氧純度的減少產(chǎn)生的利弊進(jìn)行分析。一般在空分設(shè)備的制氧能力需要被充分利用的情況下，適當(dāng)降低氧純度有利于工業(yè)生產(chǎn)需要。

從精餾的角度來(lái)說(shuō)，氧氣取出量的多少直接影響上塔的蒸汽數(shù)量，如果氧氣的提取量較大，會(huì)增加上塔的回流比，從而造成液相中氮無(wú)法被徹底蒸發(fā)，這樣就會(huì)影響氧氣的純度。如果需要氧的純度較高，則可以通過(guò)對(duì)送氧閥和送氮閥進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)控制提取氧氣的量，與此同時(shí)保證上塔壓力的穩(wěn)定。

2.2 上塔空氣量和下塔液空中含氧量對(duì)氧氣純度的影響

當(dāng)進(jìn)入上塔的膨脹空氣量提升時(shí)，在不影響送氧量前提下，氮的純度下降必然也會(huì)造成氧氣純度的降低，主要是由于上塔的精餾工況會(huì)因?yàn)樯纤M(jìn)入的膨脹空氣量的增多而受到不良影響，這樣也會(huì)造成氧氣純度的降低。要想提升氧氣的純度，需要找到造成氧純度降低的具體原因進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)冷量過(guò)剩造成純度下降時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整膨脹機(jī)進(jìn)行純度提升。如果液相氧正常，則可以使膨脹空氣旁通量增加進(jìn)行調(diào)整。下塔液空量變大就會(huì)影響液空中氧的純度，使其降低，這主要是由于下塔液空量的增大會(huì)增加上塔提餾段的空氣分離壓力，與此同時(shí)回流液量過(guò)大也會(huì)影響氮(氬)的徹底氣相，這樣也會(huì)給氧的提純帶來(lái)影響。由此可知，要想提升氧純度，可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整下塔精餾工況并使液空氧量增加。

3 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際生產(chǎn)操作中,要注意氣體分離時(shí)各種情況對(duì)氧氣純度帶來(lái)的影響因素。特別是氧氣增量生產(chǎn)和氧氣純度要求較高時(shí)對(duì)相關(guān)工藝以及裝置的及時(shí)調(diào)整，從而避免對(duì)裝置造成不必要的影響。

[1]趙傳德,李軍富,李業(yè)升.液空調(diào)節(jié)閥及液空液面自動(dòng)控制失靈誤操作對(duì)調(diào)整氧純度的影響[J].河南冶金,1996,(04):57-58.

[2]李永斌.空分裝置技術(shù)改造效果[J].化肥設(shè)計(jì),1991,(06):49-51+13.

[3]H.Springmann,陳逸樵.空分裝置節(jié)約能源的可能性[J].深冷技術(shù),1981,(02):3-7.

[4]盧明章.空分裝置精餾塔內(nèi)各參數(shù)間的關(guān)系[J].深冷簡(jiǎn)報(bào),1971,(02):47-52.

孫東東（1989-），男，漢，，籍貫：吉林省大安市，學(xué)歷：大專，畢業(yè)院校：吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院職稱：助理工程師研究方向：空分裝置運(yùn)行管理