陈爱军
莱芜盈德气体有限公司 271104
摘要：空分装置又称空分设备。它的重要作用是分离大气中的氧、氮和氩。空分设备在我国各行业得到了广泛的应用，并逐渐为人们所熟知。本文主要对大型化工企业空分设备的技术内容及合理的空分设备工艺选择进行了综述，以期引起相关读者的重视。
关键词：大型空气分离设备；技术选择；运行分析
0引言
空分装置是一个大型的综合系统，生产过程涉及多个阶段，每个阶段对生产过程都有非常重要的影响。所以，有必要加强空气分离器的工作安全设计，严格遵守国家法律法规的有关规定，实施一切安全措施。此外,需要加强安全施工措施控制空气分离单元,确保控制和监测设备的完美无缺,因此操作控制室集中控制和管理,以防止损害和侦测和尽快解决问题,以提高手术的安全性和可靠性的空分装置。
1.大型空分装置的概述及运行特性
空分装置的主要任务是为气化炉提供所需的高纯度氧气，为煤气化系统提供保护氮气，以及相应的计量空气和工厂空气。在冷却能力过剩的情况下，空分装置还可以生产一些液体产品，并将其储存在备用容器中，以确保在氧气生产过程中系统在突然停止时仍能正常工作。
进料空气从进气口吸入，粉尘和其他机械杂质通过自净空气过滤器排出。过滤后的空气进入离心压缩机，然后进入冷却塔进行冷却。冷却后，水、二氧化碳和其他碳氢化合物被分子筛分离器除去。净化后的空气通过低压热交换器分布在两个回路中，直接进入下塔;另一方面，在压力下热交换后，它进入膨胀机进行冷却，并继续将膨胀机的冷却量带到下柱进行积累，直到液体产生。在这个过程中,温度193℃能产生。进入下柱的液体空气通过上柱和下柱的不同压差进入上柱，并通过不同的沸点进行磨削。氮在上部柱是让用户通过一个低压换热器的板,而液态氧气驱动冷却系统主要是为用户通过液氧泵后,通过一个热交换器的换热板高压。
2.大型空分装置的工艺技术
2.1项目概况
某公司年产合成氨100万吨、尿素100万吨、联碱项目120万吨。新建一套 2 ×35 000 m 3 /h 空分装置。
2.2技术方案选择
2× 3500m3/h空分装置选用第七代内压缩工艺。根据膨胀介质的不同，内压缩过程可分为空气加压循环过程和氮气加压循环过程。空气加压循环工艺操作简单，能耗低；然而，氮气加压循环过程的循环路径复杂，特别是调试和启动难度大、时间长。因此，2× 3500m3/h空分装置采用空气加压循环工艺。本装置工艺特点如下：
（1） 分子筛提纯、空气加压、氧气内压缩、下塔加压提氮工艺，采用中压透平膨胀机，膨胀空气进入下塔，采用规整填料上下塔，全精馏无氢制氩工艺。氧气提取率大于99%，氩气提取率为92%～94%。
（2） 用液氧泵代替氧压机，减少氧压机带来的安全隐患；从主冷凝蒸发器中抽出大量液氧，大大减少了碳氢化合物的积聚；产品液氧在高压下蒸发，大大降低了油气聚集的可能性；装置安全性高。
（3） 氧气、氮气、氩气、仪表空气、厂用空气等气体或液体产品一起生产；氧气、氮气等压力级产品。
（4） 高度自动化控制，具有完善的安全联锁和顺序控制系统；系统设有应急启动电源和应急氧氮备用系统；设备稳定可靠，操作维护方便。
2.2工艺设计
2× 3500m3/h空分装置包括空气过滤压缩系统、空气预冷系统、空气净化系统、空气加压膨胀制冷系统、蒸馏换热系统、储液气化系统、仪表控制系统、电气控制系统等。
（1）空气过滤和压缩系统
原料空气通过空气过滤器除去空气中的机械杂质和灰尘，进入空气涡轮离心压缩机（空压机）系统。空压机由汽轮机驱动，空气经空压机压缩后进入空气预冷系统。
（2）空气预冷系统
空气预冷系统主要由空冷塔、水冷塔、冷水机组等组成，空冷塔为填料塔。空气进入空冷塔，与冷冻水逆流接触，降低空气温度和含水量。同时冲洗掉N Ox、SO2、Cl- 等有害杂质，最终通过空冷塔顶部的筛网分离器进入空气净化系统。
（3）空气净化系统
空气净化系统主要由两个分子筛吸附器和一个蒸汽加热器组成。吸附器为垂直径向床结构，两吸附器切换工作。吸附器在吸收和去除空气中的水分、CO2和C n H m后，分为三部分：一部分是对全厂空气管网的吸附；一台增压器；一个单元由主热交换器冷却，进入下塔。分子筛吸附器净化后的空气露点低于－50℃，气体中CO2的体积分数为≤ 1× 10－6 。
（4）空气加压膨胀制冷系统
进入增压器的空气分为三部分：一级水冷器后抽出一股空气作为仪表空气进入全厂仪表空气管网；第二空气经三级水冷却器后抽出，进入增压膨胀机增压端增压。水冷却器后，进入主换热器进一步降温，然后通过
增压膨胀机膨胀后进入下塔；其余空气在增压器中加压至一定压力，进入主换热器，经回流流体冷却液化后节流进入下塔。
（5）蒸馏和换热系统
在下塔空气初步整改后，得到液态空气、纯液氮和脏液氮，经冷却器过冷后，空气经节流进入上塔。在上塔进一步蒸馏后，在塔顶底部得到液氧。液氧泵压缩后，一部分进入主换热器，再热后，从冷箱中流出进入氧气一管网；减压后的液氧另一部分经主换热器气化再加热后，由空分单元电池限位送至氧气二管网；另一部分液氧作为产品被泵入储罐。压力氮气从下塔顶部引出，进入板式换热器。再热后，从冷箱中取出，部分直接进入氮气一管网；减压后，另一部分压力氮气进入氮气II管网；液氮从下塔顶部提取，经冷却器过冷后进入储罐作为产品。从塔顶中部提取一定量的氩馏分，送至粗氩塔。粗氩塔对氩气馏分进行精馏后，得到粗液氩，送至精炼氩塔中部，再送精炼氩塔精馏后，塔底得到纯液态氩。上部塔上部的废氮经冷却器和主换热器从冷却箱再热出后分为两部分：一部分作为分子筛再生气体进入分子筛系统，其余部分进入水冷塔。
（6）储液气化系统
储液气化系统由液氧罐、液氮罐、液氩罐和气化炉组成。产品可作为生产系统的储备或销售。
3大型空分装置的运行分析
3.1氮气容量和规格的确定
根据氮气的基本特性，需要根据实际压力水平，对氮气的实际消耗量进行汇总统计。提前预测各车间的氮气消耗量，合理分配各车间的氮气消耗量，使氮气供应处于稍微不足的状态，不足部分采用液氮汽化补充，尽量减少空分装置氮气产量重复调整的发生。一般来说，氮气纯度需要满足用户的基本要求，其含氮量一般大于或等于99.99%。
3.2内外压工艺安全性比较
重视空分装置的整体安全是化工企业发展的首要条件。由于空分装置事故频发，主要原因是主冷却蒸发器爆炸，非常危险。随着空分装置运行时间的增加，主冷却蒸发器中的主要液氧含量也会集中，给空分装置带来很大的安全隐患。因此，我们需要防止外部压缩空分装置中的危险，尽量避免乙炔气在主冷却器中因长期积聚而过量溢出，合理有效地连续排放含氧量，达到降低碳氢化物的主要目的。另外，由于空分装置内压缩过程中的氧气全部来自液氧气化，主冷蒸发器中产生的大量液氧常被排出，碳氢化合物不易在主冷器中积聚，有利于设备的安全运行。
3.3空分装置与气化炉的匹配
在空分装置的总体设计中，必须保证与气化炉的匹配程度。气化炉是氧气的主要用户，因此空分装置的系列和台数需要与气化炉系列相匹配。一是以国内外单套空分设备的最大制氧能力为相应参考。系列数量少，投资相对较低。但是，如果单个空分装置的制氧能力过大，如果在实际工作中没有操作性能或生产能力，就需要充分了解目前空分装置的性能，然后结合气化炉系列的数量，实现它们之间的匹配。从我国目前的供需关系来看，一套空分设备需要对应多台气化炉；但就管道配置而言，空分装置氧气母管系统的设置、配置方案和连接都是相互关联的，应综合考虑。
4结论
目前，化工企业的发展促进了空分技术的不断发展和更新。目前，我国空分技术正朝着更加专业化、标准化的方向发展。在保证化工企业经济效益的前提下，降低生产能耗是保证企业未来发展的主要途径。因此，要不断改善空分技术与工程设计的关系，提高空分技术的自动化水平，促进我国化工企业的发展。
参考文献
［1］ 崔立国． 大型煤化工空分装置工艺流程的选择［J］． 化工管理，2017(10):206-207．