一種用全低壓空分裝置製取高純氧的方法
2023-04-22 19:19:31 3
專利名稱：一種用全低壓空分裝置製取高純氧的方法
技術領域：
本發明屬於制氧技術領域，特別是提供了一種用全低壓空分裝置製取高純氧的方法。
背景技術：
隨著煉鋼生產要求的不斷提高和純淨鋼技術研究工作的進一步深入，對高純度氧產品(氮含量＜15ppm)的要求不斷提高。另外，高純度液氧的市場需求也在擴大。而現有大型空分裝置的流程設計一般只能生產純度在99.6％左右的氧產品，如果採用進一步提純的方法，產品成本高產量小，很難滿足大規模工業生產的需要。
因此，通過對現有全低壓空分裝置高純氧技術的優化研究，使現有空分裝置直接生產高純氧(純度達99.9％以上)，並能夠連續穩定生產，是解決需求與供給矛盾的最佳方案。
目前大型工業氣體中產品氧、氮、氬一般採用全低壓精餾方法提取，大型空分裝置應用的較為先進工藝流程和設備主要有1、上塔採用規整填料代替篩板塔；2、採用全精餾制氬；3、加工空氣常溫淨化，採用分子篩變壓吸附(PSA)或變溫吸附(TSA)工藝；4、採用DCS進行工藝過程的檢測、控制、優化和負荷跟蹤調節；5、採用最新的內壓縮工藝、膨脹空氣進下塔的流程，以達到降低能耗、減少投資的目的。
典型的低溫精餾空分設備的產品純度一般為氧＞99.6％，氮＞99.99％，氬＞99.999％。本方案是依據以上空分流程制定高純氧生產操作。
高純氧生產技術分析的手段包括以下內容1、建立空分精餾系統的數學模型；2、完成精餾過程和全流程模擬計算；3、在各種不同的工況下，研究分析模擬計算結果與實際操作對比，提出切實可行的高純氧生產方案及操作調整方法。
一般情況下，可以有以下兩種方法來提高氧產品純度(1)減少產品氧氣產量，提高產品氧純度。
氮產量不變時，調整產品氧要使氧產量由100％減少到95％～70％，氧純度提高0.1～0.4個百分點。如圖1所示隨著氧產品產量減少，氧純度持續提高。圖中分別示出液態氧和氣態氧產品的變化規律。同時氮、氬產品純度變化見圖2和圖3。圖2顯示出氮與氧減量的關係，隨著氧產品的減量變化，氮純度有所降低。圖3顯示出隨著氧產品的產量減少，氬餾分中氬含量明顯下降。
(2)增加加工空氣量，提高產品氧純度調整空壓機導流葉片開度，使進塔空氣量比設計工況增加2％～10％，氧、氮產品產量不變時，產品氧純度提高0.1％～0.4％個百分點，同時氮純度略有降低；氬餾分中氧含量提高，氬含量降低。如圖4所示隨著加工空氣量的提高，氧純度持續提高。圖中分別示出液態氧和氣態氧產品的變化規律，圖5顯示出隨著加工空氣量的變化，氮純度有所降低。圖中分別示出液態氮和氣態氮產品的變化趨勢。圖6顯示出隨著加工空氣量的變化，氬餾分中氬含量明顯下降，圖中示出氬含量與加工空氣量的關係。
上述兩種方法均可使氧產品純度升高0.1～0.4個百分點，但對其他產品純度帶來影響氮產品純度有所下降，氬餾分純度大幅度下降。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用全低壓空分裝置製取高純氧的方法，此操作方法在提高氧產品純度的同時，兼顧其他空分產品的純度。具體操作方法如下(1)減少產品氧產量，同時提高下塔送上塔的液空量；氮產量不變時，調低產品氧出口閥門開度，使氧產量減少5％～30％，同時調整送上塔回流液空閥門，使液空量增加5％～35％，此時氧純度提高0.1～0.4個百分點。如圖7～圖9所示。圖7顯示出隨著氧產品的不斷減量和送上塔回流液空量增加，氧產品純度提高。圖8顯示出隨著氧產品的不斷減量和送上塔回流液空量增加，使氬餾分中氬含量有所提高。圖9顯示出隨著氧產品的不斷減量和送上塔回流液空量增加，產品氬純度不斷提高。
(2)增加加工空氣量，同時提高下塔送上塔的液空量。
保持氧、氮產品產量不變，調整空壓機導葉開度，使進塔空氣量增加2％～10％，同時調整上塔回流液空量，使之增加5％～35％時，此時氧純度增加0.2～0.4個百分點，氬餾分降低減緩，如圖10～12所示。圖10顯示出隨著空氣量的增加，同時送上塔回流液空量增加，使氧純度連續提高。圖11顯示出隨著空氣量的增加，同時送上塔回流液空量增加，使氬餾分中氬含量提高。圖中計算起始點為——空氣增量5％，液空增加10％。圖12顯示出隨著空氣量的增加，同時送上塔回流液空量增加，氬純度不斷提高。
(3)減少氧產量，同時增加加工空氣量和提高下塔送上塔的液空量。
調整產品氧、進塔空氣、上塔回流液空的閥門開度，使空分產品氧減量5％～30％，進塔空氣增加2％～10％，上塔回流液空增量5％～35％。在以上操作條件下，氧純度增加0.1～0.4個百分點，氬產品純度達到要求。
本發明的優點在於針對全低壓空分裝置生產高純氧，經過分析計算提出的操作方案，既提高了產品氧氣的純度；又兼顧了產品氮和氬的純度要求。同時，操作調整幅度較小，對空分的運行工況影響較小，可操作性強。
圖1是本發明的空分氧產量-氧純度圖。
圖2是本發明的空分氧產量-氮純度圖。
圖3是本發明的空分氧產量-氬純度圖。圖中示出氬含量與氧減量的關係。
圖4是本發明的空分加工空氣量-氧純度圖。
圖5是本發明的空分加工空氣量-氮純度圖。
圖6是本發明的空分加工空氣量-氬餾分含量圖。
圖7是本發明的空分氧產量-液空量-氧純度關係圖。圖中計算起始點為——氧減量15％，液空增加12％。圖中示出氣態氧產品純度與氧產量及液空量的變化規律。
圖8是本發明的空分氧產量-液空量-氬餾分關係圖。圖中計算起始點為——氧減量15％，液空增加12％。圖中示出氬餾分中氬含量與氧產量及液空量的變化規律。
圖9空分氧產量-液空量-精氬純度關係圖。圖中計算起始點為——氧減量15％，液空增加12％。圖中示出精氬純度與氧產量及液空量的變化規律。
圖10空分加工空氣量-液空量-氧純度關係圖。圖中計算起始點為——空氣增量5％，液空增加10％。圖中示出氣態氧產品純度與加工空氣量及液空量的變化規律。
圖11空分加工空氣量-液空量-氬餾分關係圖。圖中計算起始點為——空氣增量5％，液空增加10％。圖中示出氬餾分中氬含量與加工空氣量及液空量的變化規律。
圖12空分加工空氣量-液空量-精氬關係圖。圖中計算起始點為——空氣增量5％，液空增加10％。圖中示出精氬純度與加工空氣量及液空量的變化規律。
具體實施例方式
該操作方案通過空分裝置的操作檢驗，氧氣純度達到99.9％，符合高純氧生產的要求。
表1是60000Nm3空分裝置在不同操作工況下的計算數據。
表1組合操作產品純度預測
權利要求
1.一種用全低壓空分裝置製取高純氧的方法，其特徵在於生產高純氧的同時保證其它空分產品純度的組合操作，具體操作方法如下a、調整產品氧出口閥門開度，使氧產量減少5％～30％，同時調整上塔回流液空閥門，使液空量增加5％～35％，此時氧純度提高0.1～0.4個百分點，氬餾分保持在正常值；b、調整空壓機導葉開度，使進塔空氣量增加2％～10％，同時調整上塔回流液空量，使之增加5％～35％時，此時氧純度提高0.1～0.4個百分點，氬餾分保持在正常值；
2.按照權利要求1所述的用全低壓空分裝置製取高純氧的方法，其特徵在於減少氧產量，並增加加工空氣量，同時提高下塔返回上塔的液空量，具體操作方法如下調整產品氧、進塔空氣、上塔回流液空的閥門開度，使空分產品氧減量5％～35％，進塔空氣增加2％～10％，上塔送上塔液空增量5～35％；在以上操作條件下，氧純度能夠提高0.1～0.4個百分點，氬餾分保持在正常值。
全文摘要
本發明提供了一種用全低壓空分裝置製取高純氧的組合操作方法，該操作方法在提高氧純度的同時能夠保證其它空分產品純度。具體操作方法如下調整產品氧產量、進塔空氣量、下塔送上塔液空的閥門開度，使空分產品氧減量5％～25％，進塔空氣量增加2％～10％，下塔送上塔液空增量5％～35％；在以上操作條件下，氧純度能夠提高0.1～0.4個百分點，氬餾分保持在正常值。本發明的優點在於既提高了產品氧氣的純度，達到高純氧的要求；又兼顧了產品氮和氬的純度。同時，操作調整幅度小，對空分的運行工況影響較小，可操作性強。
文檔編號F25J3/04GK1558171SQ20041003905
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月29日 優先權日2004年1月29日
發明者王立, 程玉芝, 張延平, 王鼎, 徐中, 董繼昌, 王 立 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司, 北京科技大學