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        化工企業(yè)空氣分離裝置工藝流程選擇

        2016-03-13 14:56:05何永席俊峰陜西煤化能源有限公司陜西咸陽713600
        化工管理 2016年9期
        關(guān)鍵詞:變壓氮?dú)?/a>工藝流程

        何永 席俊峰(陜西煤化能源有限公司,陜西 咸陽 713600)

        化工企業(yè)空氣分離裝置工藝流程選擇

        何永席俊峰(陜西煤化能源有限公司,陜西咸陽713600)

        在化工企業(yè)中空氣分離裝置發(fā)揮著重要的作用,其也是化工企業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的一種配套裝置。本文簡要介紹了化工企業(yè)中常見的3種空氣分離裝置工藝流程,各化工廠應(yīng)該根據(jù)自身的實(shí)際情況我遠(yuǎn)擇合適的空氣分離裝置工藝流程,達(dá)到降低能耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

        化工企業(yè);空氣分離裝置;工藝流程

        1 變壓吸附分離工藝

        裝有分子篩的吸附塔是變壓吸附分離工藝的核心部機(jī),在分子篩微孔中,不同組分具有不同的擴(kuò)散吸附速率,從而實(shí)現(xiàn)對氮?dú)夂脱鯕獾姆蛛x。如果吸附?jīng)]有達(dá)到平衡,那么在氣相中氮?dú)饣蛘哐鯕饩蜁桓患?,并形成相?yīng)的產(chǎn)品氣體。然后再將壓力減小,將吸附到的雜質(zhì)和廢氣排除掉,就能實(shí)現(xiàn)再生[1]。

        在變壓吸附分離裝置中具有兩個吸附塔,第一個吸附塔的作用是吸附氮?dú)饣蜓鯕猓硪粋€吸附塔的作用是脫附再生。兩個吸附塔在氣動閥門的作用下能夠交替工作,從而連續(xù)產(chǎn)生氮?dú)饣蛘哐鯕?。氣動閥門的啟閉主要是由PLC程序控制器進(jìn)行自動控制。

        變壓吸附分離工藝的優(yōu)點(diǎn)在于運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定、能耗低、維修便利,其大多為撬裝式組合結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作。但其缺點(diǎn)也非常明顯,生產(chǎn)出的氮?dú)饣蛘哐鯕饩哂休^差的純度,氣體壓力較低。產(chǎn)品純度會對設(shè)備尺寸、設(shè)備能力產(chǎn)生較大的影響,這是由于變壓吸附分離工藝的規(guī)模本身較小。一般情況下變壓吸附產(chǎn)品的最小氣體壓力約為0.4MPa,最大氣體壓力約為0.8MPa,制氮純度能夠達(dá)到95%~99.9%,制氧純度能夠達(dá)到93%±2%。根據(jù)當(dāng)前的國內(nèi)技術(shù)水平,單套產(chǎn)品的最大變壓吸附制氮處理量能夠達(dá)到1000Nm3/h,最大變壓吸附制氧往往難以達(dá)到500Nm3/h。當(dāng)前成熟產(chǎn)品在氮純度達(dá)到或超過99.99%的情況下,制氮能力僅為600Nm3/h,在氧純度為95%~99%的情況下,制氧能力能夠達(dá)到6000Nm3/h[2]。

        2 膜分離工藝

        不同氣體在膜中有不同的擴(kuò)散和溶解系數(shù),以此為依據(jù)可以進(jìn)行氣體分離,這也是膜分離技術(shù)的技術(shù)原理?;旌蠚怏w在膜兩側(cè)壓力和驅(qū)動力的壓力差的作用下,產(chǎn)生不同的滲透速率。二氧化碳、氫氣、水汽、氧氣具有較快的滲透速率,其會在膜的滲透側(cè)富集起來。氬氣、氮?dú)饩哂休^慢的滲透速率,其會在滯留側(cè)被滯留而富集,從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離。

        膜分離工藝的優(yōu)點(diǎn)在于啟動速度快、占地面積小、能耗低、噪音小、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,并且能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作。膜分離設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單,可以做成集裝箱式、撬裝式或者箱式,安裝起來比較便利,5~15分鐘之內(nèi)就可以將合格的產(chǎn)品氣體提供出來,具有較快的運(yùn)行速率。但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,膜的質(zhì)量會直接影響膜分離設(shè)備的使用壽命。而且一旦膜發(fā)生老化,要對其進(jìn)行更換或者維修比較不便。膜分離工藝的另一個缺點(diǎn)在于具有有限的分離能力,產(chǎn)品氣體的純度較低,氮?dú)猱a(chǎn)品的純度約為95%~99%,氧氣產(chǎn)品的純度約為45%,往往用于對產(chǎn)品氣體純度要求不高的行業(yè),例如醫(yī)用行業(yè)、污水處理行業(yè)和富氧燃燒等等。

        3 低溫精餾工藝

        氮?dú)夂脱鯕饩哂胁煌姆悬c(diǎn),利用這一特性,通過低溫精餾工藝能夠?qū)崿F(xiàn)氮?dú)夂脱鯕獾姆蛛x。氣體的沸點(diǎn)會受到溫度和壓力的影響,跟精餾工藝中使用低溫、高壓的環(huán)境,先對空氣進(jìn)行液化,然后由精餾塔進(jìn)行傳質(zhì)傳熱,將空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥蛛x開來[3]。

        低溫精餾工藝的優(yōu)點(diǎn)在于氣體壓力足、氣體純度高、產(chǎn)氣量大,能夠滿足化工企業(yè)的生產(chǎn)需求。然而企業(yè)具有負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍小、啟動時間長、操作復(fù)雜的缺點(diǎn),在需要穩(wěn)定量和大劑量的連續(xù)供氣情況下比較適用。隨著工業(yè)的發(fā)展,低溫精餾工藝中引進(jìn)了DCS控制系統(tǒng),對其缺點(diǎn)有了一定的改善。以用戶需求為根據(jù),低溫精餾工藝又具有以下幾種工藝流程。

        (1)全精餾無氫制氬。全精餾無氫制氬技術(shù)是以規(guī)整填料技術(shù)為基礎(chǔ)的,主要應(yīng)用于大中型設(shè)備。其目的是獲得產(chǎn)品氬。工藝流程是先通過傳統(tǒng)工藝來獲得工藝氬,進(jìn)而對工藝氬進(jìn)行低溫蒸餾,將其中的氮?dú)馊コ簦玫剿璧漠a(chǎn)品氬。其優(yōu)點(diǎn)在于操作便利、流程簡單、穩(wěn)定安全、氣體純度高。但是卻具有較低的可靠性,在制備過程中會消耗氫氣,產(chǎn)生較高的費(fèi)用,而且具有較高的危險性。

        (2)規(guī)整填料。規(guī)整填料具有3個方面的優(yōu)勢:首先,其具有較低的能耗,可以連續(xù)進(jìn)行熱交換。填料表面由于回流液而形成液膜,從而降低上塔阻力,汽、液之間具有不同的流路,極大地降低了填料上塔的阻力。其次,氬、氮、氧具有較高的分離率,上塔的操作壓力能夠降低15%~20%,并降低下塔的壓力,有利于氬、氮、氧的分離,從而提高氣體的提取率。能夠提高5%~10%的氬提取率,1%~3%的氧提取率。第三,能夠進(jìn)行大范圍的操作和變動。填料塔的氣液接觸具有連續(xù)性,填料塔中具有較少的持有量,因此在一定的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行較大的變動,填料塔具備40%~120%的負(fù)荷范圍,以及較快的變工況操作。

        (3)內(nèi)壓縮和外壓縮流程。

        3 結(jié)語

        本文對當(dāng)前化工企業(yè)中常用的3種空氣分離裝置工藝流程進(jìn)行了簡要的介紹,這3種空氣分離裝置工藝流程都各有優(yōu)缺點(diǎn),化工企業(yè)要根據(jù)自己的實(shí)際需要選擇合適的空氣分離裝置工藝流程,并不斷對空氣分離技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

        [1]陳錦偉.淺談空氣分離技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)[J].化工管理.2015(18).

        [2]石立.淺析空氣分離裝置工藝在化工企業(yè)中流程選擇[J].科技創(chuàng)業(yè)家.2012(19).

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