液氧自增压空分设备的流程选择

　　前 言

　　在冶金、钢铁、电子、石化、煤化工、机械、玻璃、食品、多晶硅、污水处理、医疗保健和航天等需要氧、氮、氩的工业领域都离不开空分设备,而各个用户对空分产品的不同需求决定了空分设备流程的多样性。有的用户为减少氧压机的一次性投资或降低压缩机的运行能耗而要求氧气出冷箱压力中,由于采用了常温分子筛净化空气、增压透平膨胀机制冷、规整填料上塔和无氢制氩技术,产品氧气出冷箱压力一般不会超过20 kPa,无法满足此类用户的要求。而氧气自增压流程利用冷凝蒸发器和液氧蒸发器的液氧势能,使液氧蒸发器的液氧静压提高,从而提高液氧蒸发器中汽化氧气的压力,相应的出空分设备的产品氧气压力也得到提高,产品氧气压力一般可以达到0102~012 MPa,刚好可以满足此类用户的要求。

　　下面就氧气自增压流程工作原理和不同的流程组织形式进行介绍,为不同氧气压力要求的空分设备选择合适的流程组织形式提供参考。

　　1 液氧自增压流程工作原理

　　液氧蒸发器的工作原理同冷凝蒸发器,即利用空气的液化温度高于液氧的汽化温度,用空气冷凝释放的热量来汽化液氧。为达到特定的产品氧气压力,液氧蒸发器中的液氧必须保持一定的压力,而这个压力依靠冷凝蒸发器的液氧高度和冷凝蒸发器与液氧蒸发器之间的液氧柱高度来实现。但是这两个高度都有限制。为了控制空压机的排气压力和改善下塔的精馏效果,冷凝蒸发器的正常液氧高度一般不超过215 m;冷凝蒸发器位于下塔之上,其与液氧蒸发器之间的液氧柱高度取决于下塔的高度,下塔若为筛板塔,高度在14 m左右;若是规整填料塔,高度可达19 m。因此,自增压流程只能使产品氧气压力最大增加到012 MPa,超过这个范围就必须借助于液氧泵。

　　液氧蒸发器中液氧压力的提高导致液氧汽化温度提高,使得进入液氧蒸发器的空气必须达到一定的压力,才能使空气的液化温度高于液氧的汽化温度。而液氧蒸发器中空气压力的不同实现方式对应了不同的流程组织形式。

　　2 液氧自增压流程的组织形式

　　2.1 直接利用空压机排气压力的液氧自增压流程

　　直接利用空压机排气压力的液氧自增压流程如图1所示。净化后的加工空气分成两股:一股空气进入主换热器,被返流气体冷却后出主换热器,其中,一部分空气进入液氧蒸发器汽化液氧,另一部分空气直接进入下塔;另一股相当于膨胀量的空气则进入膨胀机增压端增压,被冷却后进入主换热器,从中部抽出进入膨胀机膨胀端,膨胀后的大部分空气被送入上塔。空气经下塔初步精馏后,获得液空和纯液氮,并经过冷器过冷后节流进入上塔相应部位。经上塔进一步精馏后,在上塔底部获得液氧,经液氧蒸发器蒸发后进入主换热器复热出冷箱。液氧从液氧蒸发器底部抽出。从上塔中部抽取一定量的氩馏分送入粗氩塔,粗氩Ò塔底部的回流液经循环粗氩泵送入粗氩Ñ塔顶部作为回流液,经粗氩塔精馏得到的粗氩进入精氩塔中部,经精氩塔精馏,在精氩塔底部得到精液氩。