摘要:提高空分装置氧气的提取率，减少空分装置运行能耗一直是一个比较关注的问题，人们通过很多办法来改善空分装置的性能并且有了很大的成效。节约空分装置运行能耗和提高氧气产品的提取率上，还存在一些潜力可以挖掘。
0 前言
随着空分装置工艺流程的更新，人们思路的不断开阔，空分装置的流程组织型式由原来的切换板式流程变成现在最先进的分子筛纯化加增压膨胀机流程。对于切换板式流程，为了达到切换板式中水分和二氧化碳的自清除目的，空气( 污氮气) 通道需要通入大量的污氮气，才能保证主换热器空气( 污氮气) 通道中水分和二氧化碳不冻结的条件［1］。由于污氮气量增多，相对于氮气产品就随之减少，下塔不用提供过多的液氮供给上塔，再加上膨胀机的增压端通常采用发电机，缺少了膨胀空气的增压，使这种切换板式流程的膨胀机制冷效果大大低于现在空分工艺的增压透平制冷，在满足
整个空分装置需要的冷量前提下，导致过多的膨胀空气进入上塔，影响到了上塔的精馏效果［2］，这时需要从下塔抽取一股污液氮送入上塔，来改善上塔精馏段的回流比。下塔抽取污液氮，可以增大污液氮抽口以上的回流比，并减少抽口以下的回流比，改善了下塔的分离效果，提高了液空纯度，可以有效地提高氧气纯度。现在的分子筛流程中，因为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过多的污氮气，并且可以得到更多的氮气产品。对于分子筛流程来说，很多人认为下塔抽污液氮已经没有太多意义，在对于氮气产品中的含氩量没有要求的空分流程中，这种下塔抽污液氮的流程逐渐被取消。但笔者认为，鉴于下塔抽取污液氮，可以均衡上下塔回流比，提高氧的提取率，这种工艺是否对分子筛流程也适用，通过对相同的10000 等级空分产品规格，两种不同方案的对比，增加与不增加污液氮抽口进行模拟计算，通过计算结果来反映下塔抽污液氮对氧气纯度的影响，空分产品规格详见表一。
1.5 增压透平膨胀机的参数设定
增压透平膨胀机按国产常规参数设计，增压透平膨胀机增压端效率按75%设计，膨胀端效率按85%设计。
1.6 塔体参数设定。
通过ASPEN 软件的对物料进出口位置进行优化计算，上下塔主要进出物料口设置如下:
下塔理论板定位37 块，上塔理论板定为63 块，膨胀空气和液空分别进上塔的第30 块和21 块理论板，污氮气从第9 块理论板抽出。
2 方案的对比与讨论
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气为设计基准点，按表一的产品规格进行模拟计算，将估算出的空气量代入ASPEN 软件中模拟计算优化后加工空气量约为49800Nm3 /h，产品纯度和产量均满足表一要求，详见表二中方案一的参数。
2.2 方案二、下塔抽取污液氮
按方案一中的加工气量，污液氮从下塔的第13 块塔板抽出，进入上塔第9 块塔板，模拟计算后满足并超过了表一的产品规格，详见表二中方案二中的参数。
3 两种方案的优劣对比
从表二中的两种方案对比可以看出，方案二中之所以氧纯度高，是因为方案二中氧产品气中的氩组分含量减少的很多，大约为方案一中氩组分的60%，氧产品中的氩组分含量大部分已经跑到污氮气中，使氧气的纯度得到了提高。方案一和方案二中氮组分减少的不是很明显。方案二中污氮气含氧量减少了6%，减少的这部分氧气很大一部分转化到氧气产品中。方案二中，氮气纯度由于抽污液氮的影响，上塔底部液氮回流量减少，造成氮气中含氧量的增加，通过以上对比，总的来说，下塔抽污液氮主要是减少了氧气产品中的氩含量，而使氧的纯度得以提高。
通过对10000 空分装置两种方案，同样加工空气量来说，抽取污液氮的流程，氧纯度明显方案一，如果对氧气纯度和产量一定的情况下，抽污液氮流程可以减少400Nm³/H 左右的加工气量，加工空气量减少对于整个空分装置来说可以减小阀门管道的投资成本并且可以减少空分装置的能耗，对与大型空分来说，能耗节省的更为明显。
下塔抽污液氮，增加了管道和阀门的焊缝，对于空分装置来说也就是有增加了泄漏点，增加了阀门和管道的投资成本。
但现在的空分装置的安装质量和管道力学分析已经达到了一个很高的水平，管道泄漏已经不用太多考虑，相对于增加的阀门和管道投资来说，下塔抽污液氮带来的效益要大一些。
4 结论
通过对10000 空分装置两种不同方案的比较，找出了下塔抽污液氮带来的一些好处，对于空分装置的优化设计起到了一定的作用。一般来说，污液氮氩含量较高，不抽污液氮可以减少污氮气中氩的含量，所以对于带氩的空分装置，没有特殊要求时不建议下塔抽污液氮。
运萌，( 1986 年—) ，女，汉族，毕业于郑州轻工业学院，助 理工程师，研究方向:空分装置的技术设计。
