内压缩流程空分设备设置液体膨胀机探讨

　　随着国内煤化工行业的兴起，内压缩流程空分设备得到了广泛的应用。目前国内空分设备成套商已设计、制造了多套40000~ 60000 m³/ h等级的内压缩流程空分设备。内压缩流程空分设备产品氧气的压力大多在3.0~ 8.5 MPa; 而产品氮气的压力也从0. 4 MPa 到8. 0 MPa 不等。在几乎所有的流程设计中，均配置空气 ( 或氮气) 增压机组，利用出增压机组的高压气体与出低温液体泵的液氧/液氮换热来达到能量转换的目的。

　　1 液体膨胀机的节能效应

　　为化工装置配套的空分设备，通常氧气产品的压力较高，一般为 3. 7、4. 6、6. 4、8. 5MPa 这几个压力等级。增压机组的配置以空气为介质居多。考虑到压缩机组配置的方便性以及节省能源和投资，高压空气的压力通常取7.1 MPa，这股空气在高压换热器中被冷却、液化、过冷后节流进入下塔参与精馏。由于节流所产生的制冷效应很低，高压空气的绝大部分能量在节流时损失掉，而损失的能量就来自空压机组，造成整个压缩机组的能耗增加。同时由于节流后的液空汽化率高，其进入下塔后对精馏有负面的影响。因此，工艺流程的有效能损失大，降低了流程的经济性。特别是随着空分设备规模的扩大，这种损失更加惊人。

　　如果进入下塔的高压液空不采用节流的方法，而采用液体膨胀机膨胀，膨胀机制动端采用电机制动回收电能，膨胀后的液空进入下塔参与精馏，由于等熵过程比等焓过程可以回收更多的能量，同时膨胀机出口的液空的汽化率低，有利于精馏并可以减小空压机的排气量。现以一套典型的60000m³/ h 内压缩流程空分设备为例，对设置液体膨胀机的可靠性及经济性进行分析。

　　2 空分设备的主要产品指标和压缩机的技术参数

　　60000m³/h 空分设备的主要产品指标见表1。

　　空分设备采用氧内压缩流程，氮气由下塔直接效塔( 粗氩塔) 。现就高压液空节流入下塔方案(方案一) 及高压液空膨胀入下塔方案 (方案二) ，采用ASPEN 软件对流程进行模拟计算。为便于比较，两种方案的模拟计算均保持相同产量和纯度、相同高/低压换热器积分温差、相同精馏塔理论塔板数、相同冷损、各动设备效率相同等前提，同时均不考虑压缩漏气损耗。计算中各机组按引进产品考虑，效率按常规选取，液体膨胀机的等熵效率按76% 计。空压机及空气增压机的计算参数见表2。

　　3 可靠性和经济性分析

　　为便于说明高压液空节流及膨胀的能量损耗大小，采用有效能来进行比较。在此，取环境状态为298.15 K、101.325 kPa，两种方案的有效能变化值分别见表3。