下塔进料状态对精馏工况的影响探讨.doc

下塔进料状态对精馏工况的影响探讨渭河煤化工集团双甲车间 王庆振摘要：本文简述了膨胀空气进下塔的内压缩流程，膨胀空气量对下塔进料状态的影响，并对进料饱和蒸汽含湿量对精馏工况的影响进行了探讨。关键词：内压缩流程、下塔、上塔、进料状态、膨胀空气、含湿量、精馏工况一、概述二期空分装置KDON-28000/16400型空分设备，采用分子筛吸附净化，增加透平膨胀机制冷，膨胀空气进下塔和全精馏无氢制氩常规内压缩流程，上塔、粗氩塔和精氩塔均采用规整填料塔，下塔采用筛板塔。空气经空压机压缩至0.545MPa进入空气预冷系统和分子筛吸附器，去除空气中的水分和杂质。之后空气分为三部分：一部分在主换热器中冷却到-172.3后进入下塔精馏，以下简称“低压空气”；第二部分在空气增压机中增压至2.68MPa，再由透平膨胀机增压端增压至3.88MPa，在重压板翅式换热器中冷却到-111后进入膨胀机膨胀端，膨胀后压力为0.508 MPa，经平衡器PV710004分离后气相随低压空气一起进入下塔，以下简称 “膨胀空气”，液相经V10阀后随节流后的富氧液空一起进入上塔；第三部分在空气增压机中增压至6.9MPa，在高压板翅式换热器中冷却到液化温度，通过节流阀V21减压至0.486MPa后进入气液分离器PV710003，气相、液相分别进入下塔精馏，以下简称 “高压空气”。二、膨胀空气对下塔进料状态的影响 下塔是饱和蒸汽进料，且进料板在塔釜上第一块塔板塔釜没有再沸器，因此，饱和蒸汽进料的含湿量决定了塔釜液体积累的快慢，含湿量大塔釜液体增就快，反之亦然。而膨胀空气在混合后饱和蒸汽中所占的比例决定了饱和蒸汽的含湿量，在总气量不变的情况下，膨胀空气量，低压气体量减少，混合饱和蒸汽含湿量增加。低压空气的设计流量是55000NM3/h，膨胀空气设计流量48000NM3/h，因下塔的回流比、含湿量大，同时低压空气和膨胀空气可以相互补充，所以一般情况下，膨胀空气进下塔量的变化对精馏工况的影响不大。而当膨胀空气量大幅度变化时，下塔进料含湿量变化较大，就会对精馏工况产生严重影响。例如，低压空气流量48000 NM3/h，膨胀空气流量30000 NM3/h，高压空气流量32000 NM3/h，在此工况下，一方面，由于膨胀机的产冷量较小，主换热器的换热能力受到限制，低压空气出换热器温度升高，约-166左右；另一方面，膨胀空气量减少，膨胀机出口温度却变化不大；这就导致两股空气混合后的湿度明显降低，进料带热增多，上升蒸汽量增加，塔顶冷却量必然增大；进而影响上塔及整个系统的精馏工况。三、进料状态改变对精馏工况的影响下塔为饱和蒸汽进料，饱和蒸汽的含湿量对下塔精馏工况有直接影响。含湿量大，饱和蒸汽入塔后冷凝量大，富氧液空纯度下降，反之，含湿量小，富氧液空纯度升高。以上述工况为例，下塔进料含湿量小，富氧液空纯度高；在入塔气量、压力不变的情况下，下塔进料板处冷凝量减少，上升蒸汽量增加，下塔顶部冷凝量必然增加，为保证纯氮产品纯度，就要适当关小V2、V3阀，以增大下塔回流比。由于上升蒸汽量增加，更多的氩组分会在下塔上部冷凝下来，污液氮中氩组分含量增加。但是为保证纯氮产品纯度，就要适当关小V2、V3阀，增大下塔回流比，使得进入上塔的污液氮和纯液氮量减少，液空量增加且富氧液空纯度相应下降。虽然液空中氩组分含量有所下降，但进入上塔的液空量增加，弥补了液空中氩组分含量下降的不足。这样由下塔富氧液空带入上塔提馏段的氩组分增加，而随污液氮进入上塔精馏段的氩组分减少。由于氩组分的总量是一定的，氩馏分抽口设在提馏段，因此进入氩系统的氩组分的总量增加。同时，由于下塔顶部冷凝液量增加，上塔底部液氧的蒸发量也相应增加，为保证纯氮产品，V2、V3阀开度减小，V1阀开度增大，上塔提馏段回流比相对减小，组分分布上移，氩馏分中氧含量升高，氮和氩组分的含量相对降低。随氩馏分进入氩系统的氮组分相对减少，降低了氩系统出现“氮塞”的可能性，而且氩馏分组成比较稳定，受系统工况波动的影响较小。综上所述，在进塔空气量不变的情况下，低压空气量增加，膨胀量减少，制冷量降低，下塔进料含湿量下降，通过V2、V3阀的调整，富氧液空纯度变化不大，但进入上塔的液空量相对增加，上塔提馏段氩组分总量也相对增加。同时上塔液氧蒸发量增加，上升蒸汽增多，V2、V3阀开度减小，上塔组分浓度分布上移。虽然提馏段氩组分总量增加，但氩馏分中氮和氩组分含量相对较低，且受系统工况波动影响较小，有利于氩系统的调整，生产出合格氩产品。参考文献1. 深冷手册（下），第四篇气体分离的工业装置2. 现代空分设备技术与操作原理，第七章空分设备流程3. 新编制氧工问答，汤学忠、顾福民主编，冶金工业出版社4. 化工原理，第三版，陈敏恒、丛德滋、方图南、齐明