一种降低空分装置气体放散和管网压力的方法

摘要

本发明提供一种降低空分装置气体放散和管网压力的方法，属于空分技术领域。该方法通过在空分装置中增设从产品氧气出口管道到空压机入口的回流管道和从产品氮气出口管道到空压机入口的回流管道，并在这两个管道中设置调节阀门来实现在气体用户用量减少时段，将空分装置部分产品气体回流到空分装置原料气中，提高回流产品气在空分塔持料量中的平均浓度，通过把部分气体产品回流到空分装置原料气中，实现由于气体用户用量波动而富余的产品气在空分装置内的缓冲储存。该方法既减少了气体产品的放散，又减低了管网压力和空分装置能耗。除增加回流管道外，不增加任何其他新设备，不改变空压机负荷和压缩量，保证了空分设备运行的安全和稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及空分技术领域，特别是指一种降低空分装置气体放散和管网压力的方法。

背景技术

中国钢产量自1996年以来就位居世界第一，钢铁行业对工业气体的需求量巨大，如2013年中国的粗钢产量为779.04Mt，氧气消耗达到(7.79～10.91)×10¹⁰m³。钢铁企业普遍使用深冷法空分流程制取工业气体，随着钢铁产量的逐步增长，空分装置的规模也朝大型化发展。装置越大，其制氧单耗(电耗)越低。然而，用气需求呈现间断性和波动性，这与空分装置持续性稳定供气相矛盾，进而导致出现气体产品放散和能耗高的现象。

由于空分生产连续性与炼钢生产间断性间的供需矛盾，一方面会造成在低用量时段产品气体的放散，又会使气体管网的平均压力升高，造成系统能耗增加。本发明方法的实施，对降低空分装置气体产品的放散率和管网压力，最大化降低空分装置的生产能耗具有重要作用。另外，根据相关机构做过实验在高炉鼓风机前压入30％含氧量是比较安全的，压入在27％含氧量以内更不会有危险。所以，氧气回流进入空压机的含氧量在27％以下，是安全的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种降低空分装置气体放散和管网压力的方法。

该方法具体为：

首先，在空分装置中增设从产品氧气出口管道到空压机入口的回流管道，并在管道中设置调节阀门；

其次，在空分装置中增设从产品氮气出口管道到空压机入口的回流管道，并在管道中设置调节阀门；

再次，增加空分装置下塔塔釜容积；

最后，空分装置运行时，在气体用户用量减少时段，将空分装置部分产品气体回流到空分装置原料气中，提高回流产品气在空分塔持料量中的平均浓度，实现由于气体用户用量波动而富余的产品气在空分装置内的缓冲储存。

其中，所述的部分产品气体回流到空分装置原料气中，是气体用户用量波动而富余的产品气体通过回流管道和阀门回送到空分装置原料气入口。

部分产品气体在空分装置内的缓冲储存，是当空分装置产品气体由于气体用户用量波动而供大于求时，减少该产品气输出量，将该过剩气体产品回送到空分装置空压机入口原料空气中，提高入塔空气中该产品气组分的浓度，从而提高全塔气体和液体中该产品气组分的平均浓度，也即提高空分装置中该产品气组分的持量；当用户产品气用量恢复和增大时，再提高空分装置该产品气的产量和输出量，以满足用户需求，同时使空分装置中该产品气组分持量降低和恢复到正常工况水平。在此过程中，精馏塔的作用相当于一个该产品气的缓冲罐。

当空分装置氧气产品由于氧气气体用户波动而供大于求时，减少氧气产品输出量，将过剩的氧气通过回流管道和阀门回送到空分装置原料气中，减少氧气放散。

当空分装置氮气产品由于氮气气体用户波动而供大于求时，减少氮气产品输出量，将过剩的氮气通过回流管道和阀门回送到空分装置原料气中，减少氮气放散。

为了提高回流产品气在塔内的缓冲存储量，可以设计增大空分装置下塔塔釜容积，通过提高空分正常运行时塔釜液空的持有量，提高对回流产品气的缓冲容量或缓冲能力。

该方法适用于外压缩空分装置和内压缩空分装置。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过产品气的回流使精馏塔起到缓冲罐的作用，既减少了气体产品的放散，又降低了管网压力和空分装置能耗。除了增加回流管道外，不增加任何其他新设备，不改变空压机负荷和压缩量，同时保证了空分设备运行的安全和稳定性。由于生产的空气总量不变，制冷量不变，所以流程反应滞后是小，调整反应速度快。

附图说明

图1为本发明实施例中20000Nm³/h的外压缩空分装置产品气回流工艺流程示意图。

其中：1-空气过滤器；2-空压机；3-空冷塔；4-冷水机组；5-水冷塔；6-消声器；7-分子筛吸附器；8-蒸汽加热器；9-增压透平膨胀机；10-主换热器；11-上塔；12-主冷；13-下塔；14-过冷器；15-粗氩I塔；16-循环泵；17-粗氩II塔；18-精氩塔；19-备用电加热器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明为解决现有由于气体用户用量波动而造成的空分装置产品气放散和管网压力高的问题，提供一种降低空分装置气体放散和管网压力的方法。

该方法具体为：

首先，在空分装置中增设从产品氧气出口管道到空压机入口的回流管道，并在管道中设置调节阀门；

其次，在空分装置中增设从产品氮气出口管道到空压机入口的回流管道，并在管道中设置调节阀门；

再次，增加空分装置下塔塔釜容积；

最后，空分装置运行时，在气体用户用量减少时段，将空分装置部分产品气体回流到空分装置原料气中，提高回流产品气在空分塔持料量中的平均浓度，实现由于气体用户用量波动而富余的产品气在空分装置内的缓冲储存。

下面结合具体实施例予以说明。

如图1所示，为20000Nm³/h的外压缩空分装置产品气回流工艺流程示意图，在该空分装置中，空气经过空气过滤器1进入空压机2，然后进入空冷塔3进行降温和除湿，空冷塔3的水源来自水冷塔5并经过冷水机组4进行降温。出空冷塔3空气进入分子筛吸附器7进行吸附和纯化。分子筛吸附器7处设置消声器6。分子筛吸附器7的再生气是来自管网的纯氮气并经蒸汽加热器8和备用电加热器19加热。经过吸附和纯化的空气一部分经主换热器10换热后进入下塔13，一部分经增压透平膨胀机9增压后进入主换热器10，并从主换热器10中部抽出进入增压透平膨胀机9膨胀后进入上塔11。上塔11和下塔13之间通过主冷12进行热交换，实现下塔13顶部氮气的冷凝和上塔11底部液氧的蒸发。空气在下塔13和上塔11中经过精馏实现氧氮的分离。氧气从上塔11下部抽出经主换热器10复热后送入氧气管网。氮气从上塔11顶部抽出，经过冷器14和主换热器10复温后送入氮气管网。氩馏分从上塔11中部抽出进入粗氩I塔15，经初步提纯后的氩馏分从粗氩I塔15顶部抽出进入粗氩II塔17，粗氩气从粗氩II塔17顶部抽出后进入精氩塔18中部进行精馏，并从精氩塔18底部得到纯液氩。粗氩II塔17的釜液经循环泵16返回到粗氩I塔15顶部作为回流液。

本方法通过在上述装置的氧气管网中增设从产品氧气出口管道到空压机入口的回流管道，并在管道中设置调节阀门和在氮气管网中增设从产品氮气出口管道到空压机入口的回流管道，并在管道中设置调节阀门。

在气体用户氧气用量减少时，通过把部分产品氧气经回流管道和阀门，回送到空压机入口的空分原料空气中，实现由于气体用户用氧量波动而富余的产品氧气在空分装置内的缓冲储存，并可通过减少氮气产量来抵消产品氧气回流对氮气纯度的影响。

在气体用户氮气用量减少时，通过把部分产品氮气经回流管道和阀门，回送到空压机入口的空分原料空气中，实现由于气体用户用氮量波动而富余的产品氮气在空分装置内的缓冲储存，并可通过减少氧气产量来抵消产品氮气回流对氧气纯度的影响。

在产品气回流时，还可以通过调整进上塔11富氧液空和液氮比例，对氩馏分进行调节。

以氧气回流为例，在保证氧气产量不变的条件下，氧气产品回流0％到20％时，主要参数的变化见表1。注意以下所有表中的回流比例指的是回流氧气产品的流量占氧气产品流量的比例。

表1.氧气产品回流0％到20％时，主要产品参数的变化

当氧气回流时，氮产品的浓度减小不满足产品浓度的要求，可以适当地减少氮气产品的产量，保证产品的纯度满足要求。当氧气产品回流0％到20％时，为保证氮产品纯度氮产品的产量变化见表2。

表2.氧气产品回流0％到20％时，为保证氮产品纯度氮产品的产量变化

采用氧气回流工艺时，适当地增加空分装置下塔塔釜的容积可以增大空分装置的氧缓冲量。20000Nm³/h空分装置下塔塔釜的容积是10m³。表3是当氧气产品回流0％到20％时，增加空分装置下塔塔釜容积所对应的塔釜的氧气缓冲量(m³)。

表3.氧气产品回流0％到20％时，空分装置下塔塔釜容积所对应的塔釜的氧气缓冲量(m³)

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。