空气增压和氮气增压内压缩流程比较

　　1 概 述

　　随着我国经济迅速发展,特别是煤化工、石油化工和大化肥等行业的迅速崛起,对40000 m3/h等级以上大型空分设备的需求越来越多,而且这些大型装置绝大部分对产品氧、氮的压力要求很高,目前基本上有4 MPa、611 MPa、816 MPa等几个等级,这些产品压力的获取绝大部分是通过低温液体泵加压工艺实现的,即通常所说的内压缩流程。而对于内压缩流程,无论是高压液氧还是高压液氮,都需要一股相对应压力和流量的热流体来汽化并加热液氧或液氮。这股热流体来源有两种选择:一种是高压空气,另一种是高压氮气。相对应的空分流程就是空气增压流程和氮气增压流程。由于空气和氮气在沸点、潜热、临界点等物理性质上有差异,所以两种流程的流程组织、产品提取率、增压气量、换热器热负荷、设备投资以及综合能耗指标也有所不同。下面就以上几点通过流程模拟计算进行比较,供同行参考。

　　2 流程组织

　　211 空气增压流程

　　空气增压内压缩流程如图1所示。

　　经分子筛吸附器净化后的空气分为两部分:一部分通过低压主换热器被返流气体冷却至饱和状态进入下塔;另一部分通过空气增压机进一步压缩。压缩后分为两股,一股从空气增压机中间级抽出,称作中抽气,中抽气经膨胀机增压端增压及后冷却器冷却后,再进入高压主换热器,在高压主换热器中部抽出经膨胀机膨胀端膨胀后进入下塔;另一股则从空气增压机末端排出进入高压主换热器,被返流的高压液氧、液氮等冷流体冷却后节流进入下塔中下部。

　　经过下塔精馏,在下塔顶部获得的高纯氮气分成两部分:一小部分作为压力氮气抽出进入主换热器,经主换热器复热至常温后作为压力氮气产品出冷箱;大部分氮气在主冷中吸收液氧释放出来的冷量液化为液氮,同时主冷低压侧的液氧汽化。液氮分为三部分:一部分回流到下塔作为下塔回流液;另一部分液氮则经过冷器被上塔抽出的氮气和污氮气冷却后进入上塔的顶部参加精馏;第三部分液氮进入液氮泵加压,加压后的高压液氮进入高压主换热器,经高压主换热器复热到常温后作为高压氮气产品出冷箱。在下塔的底部和中下部分别获得富氧液空和贫液空,两股液空经过冷器过冷后分别进入粗氩塔和上塔。

　　经过上塔精馏,在上塔的顶部获得低压氮气,在上塔的中上部获得污氮气,低压氮气和污氮气经过冷器和主换热器复热后出冷箱。一部分污氮气作为分子筛的再生气,其余污氮和多余氮气一起进入水冷塔。在上塔底部获得的液氧直接进入主冷,液氧从主冷抽出经液氧泵加压后进入高压主换热器,在高压主换热器中液氧与来自空气增压机的高压空气换热,从而在冷箱出口得到相应压力的氧气产品。