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氧氣純度產(chǎn)生影響的主要因素，通過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

空分主要是指通過工業(yè)設(shè)備對空氣進行分解，從而通過分離空氣中的氧、氮等工業(yè)氣體以支持不同工業(yè)領(lǐng)域的需求。空分裝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,對空分產(chǎn)品的需求大多是對高純度產(chǎn)品的需求[1]。近年來,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%。新的形勢對空分行業(yè)提出了新的要求。如同氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用極大地促進了空分行業(yè)的發(fā)展一樣,本文簡要分析純度對空分流程經(jīng)濟性的影響。

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、氮氣、氬氣，其中氧氣的沸點較氮氣相比要高出13K，氧氣和氬氣沸點接近，且二者相對于氮氣都屬難揮發(fā)氣體。因此當(dāng)混合液體中具有兩種以上不同沸點的組成物質(zhì)時，加熱混合液體，可以使不同沸點的物質(zhì)中相對容易揮發(fā)，即沸點相對較低的成分轉(zhuǎn)變成氣相[2]；當(dāng)混合蒸汽中具有兩種不同沸點的組成成分時，相對比較難以揮發(fā)，也就是沸點相對較高的成分則在混合蒸汽因釋放熱量時通過冷凝轉(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，蒸汽會因釋放熱量而發(fā)生部分冷凝，液體會因為吸收多余熱量而發(fā)生部分汽化，這樣就會出現(xiàn)蒸汽出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象時，其中的大部分氧組分會通過冷凝而轉(zhuǎn)變成液體，液體中的大部分氮組分會因為蒸發(fā)而轉(zhuǎn)變成氣體，這樣一來，氣相中氮的成分較高，而液相中氧的成分則較高，這樣的過程進行多次后，就會使氣相和液相中的氮組分和氧組分濃度不斷增加，最終達到提取氧氣的目的。實現(xiàn)這一過程的主要設(shè)備是精餾塔，塔內(nèi)有多塊塔板用來進行氧氣提取時進行蒸發(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：

2.1 氧氣需求量的大小對氧氣純度的影響

以氧物料平衡的角度來說，在加工空氣量和氮氣濃度保持在固定程度時，如果對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)；而如果對氧氣量的要求較高，即需要氧的量較大時，則氧氣的純度也必然會受到影響，純度會有所降低[3]。用公式表示如下：

從上式來看，若以產(chǎn)量為主要生產(chǎn)目標(biāo)，則需要根據(jù)用戶對于不同空分產(chǎn)品的需求才能對氧純度的減少產(chǎn)生的利弊進行分析。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。

從精餾的角度來說，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，會增加上塔的回流比，從而造成液相中氮無法被徹底蒸發(fā)，這樣就會影響氧氣的純度。如果需要氧的純度較高，則可以通過對送氧閥和送氮閥進行調(diào)節(jié)來控制提取氧氣的量，與此同時保證上塔壓力的穩(wěn)定。

2.2 上塔空氣量和下塔液空中含氧量對氧氣純度的影響

當(dāng)進入上塔的膨脹空氣量提升時，在不影響送氧量前提下，氮的純度下降必然也會造成氧氣純度的降低，主要是由于上塔的精餾工況會因為上塔進入的膨脹空氣量的增多而受到不良影響，這樣也會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行調(diào)整，當(dāng)冷量過剩造成純度下降時，可以通過調(diào)整膨脹機進行純度提升。如果液相氧正常，則可以使膨脹空氣旁通量增加進行調(diào)整。下塔液空量變大就會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增加上塔提餾段的空氣分離壓力，與此同時回流液量過大也會影響氮(氬)的徹底氣相，這樣也會給氧的提純帶來影響。由此可知，要想提升氧純度，可以通過適當(dāng)調(diào)整下塔精餾工況并使液空氧量增加。

3 結(jié)語

在實際生產(chǎn)操作中,要注意氣體分離時各種情況對氧氣純度帶來的影響因素。特別是氧氣增量生產(chǎn)和氧氣純度要求較高時對相關(guān)工藝以及裝置的及時調(diào)整，從而避免對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)閥及液空液面自動控制失靈誤操作對調(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,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].深冷簡報,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：空分裝置運行管理