如何在西钢空分系统中有效提高氩气提取率

如何提高空分装置的效率空分装置的能耗是合成氨生产中能源消耗的大户，随着市场经济的竞争加剧，如何降低合成氨的生产成本成为企业生存的关键，因此空分装置如何提高效率，得到重视，空分生产中不仅要考虑安全性，还要考虑其生产的效益。

我厂3#16000制氧机设备系由四川空分集团公司设计制造，采用当今国内最先进的第六代全精馏制氩流程。

制氩系统由粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔、精氩塔（三个塔均为规整填料塔结构）、计量罐和循环液氩泵等设备组成，具有压降小、操作弹性大、氩提取率高等特点。

现将运行中如何提高制氧机效率方法总结和解决方法如下：一、改造操作方法，提高空分设备的节能增效1．缩短空分设备启动时间空分设备的启动过程需要消耗大量能耗过程，该过程越短，经济效益越高，因此减少启动时间与节能关系重大。

根据我厂采用是蒸汽空压机，空气量大，出口压高等特点，操作如下：（1）开车前，将空气压力提至0.57MPa,将装置吹除阀开大,加温吹扫一定要彻底，控制吹除阀后吹除的空气在15℃左右。

加温好坏，直接影响开机顺利，确保阀门、管道畅通无阻，出口温度得到保证。

（2）保证水冷塔稳定运行，保证纯化器工作正常，使加工空气中CO2及乙炔含量不超标。

（3）充分发挥膨胀机最大制冷能力。

二台膨胀机控制在最大进气量，使膨胀机发挥最大效益，尽可能增大温差。

（4）及时准确开关阀门，及时调整。

主冷积液时要正确认识液面上涨慢的原因。

上涨慢说明膨胀机产生的冷量转移到塔板上，精馏工况已慢慢建立，主冷开始工作要适时调整，积累液体。

当主冷液位涨至25%时，利用液氧泵将储罐的液氧反送到主冷，使主冷液位较快上涨，开泵8小时，累计返送液氧28m3，节约了大量时间。

二、降低分馏塔上塔压力。

根据空分精馏原理，上塔压力的变化引起主冷冷凝蒸发器内液氧与下塔侧氮气之间的温差变化，上塔压力高，则液氧的汽化温度亦高，这样在下塔压力不变的情况下，主冷内氧、氮之间的温差必然缩小，换热量减小，使下塔的回流量减少，必然引起下塔压力增高，使氮气温度提高，从而满足主冷换热器对温差的要求，下塔压力增高后，空压机的压力必然增大，这使空压机轴功率增大，耗蒸汽量增加，因此在调节精馏工况时，尽量降低上塔压力。

氩气是广泛应用于工业各领域的稀有气体，用作不锈钢、铝等金属电弧焊接保护气和钢铁、铝、钛、锆等金属的冶炼吹除气体，用于照明技术和日光灯的填充，工业电子也用氩气作为保护气。

氩气在空气中的含量为0.932%，在空分装置中，一般可将加工空气中30%-50%的氩作为产品获得，随着制氩技术的提高及先进的空分工艺流程和操作方法的改进，现在已将氩的提取率提高到80%以上。

在空分设备中，影响氩提取率的因素有：主塔工况、氩馏分控制系统、粗氩塔工况等。

主塔工况稳定是氩塔工况稳定的前提条件，而氩馏分稳定是粗氩塔运行稳定的基础，以上条件缺一不可。

影响主塔工况的主要原因有空分设备负荷变动的幅度和频率，分子筛纯化器的切换过程造成的入塔空气量的变化，日常运行中，可采取规定的变负荷量，来保证主塔工况的稳定，通过对氩馏分控制系统的改进，在保证氩馏分稳定的基础上，适当降低控制值，来减小氩馏分的波动范围。

在操作中，可经常性地将粗氩塔顶部的排放阀打开3%-5%，在工况稳定的基础上增加粗氩气体的排放，以保证粗氩塔不发生氮塞。

通过以上方法，可有效地提高空分设备的氮提取率，为企业取得可观的经济效益。

迪尔空分专业研发、制造、安装各类成套空分设备、空分备件及气体供应。

空分装置氩系统优化调整探索摘要：某公司两套四万等级空分装置由于氧氮实际用量偏离设计工况、主塔调整不当、部分关键控制器PID参数设定不合理以及用气量波动等诸多因素制约导致氩提取率偏低。

本文详细分析了氩提取率偏低的原因以及采取的改进措施，同时也分析了目前制约装置进一步优化调整的不利因素。

通过不断探索优化，实现了氩提取率的大幅度增加，即增加了空分装置运行的稳定性同时也带来了非常可观的经济效益。

关键词：空分设备；氩系统；回流比；氮塞；氩提取率；前言某气体公司两套四万空分装置，于2009年初投产，氧氮产品性能指标均达到设计要求，但氩系统工况稳定性差且氩提取率严重偏低。

经过多次调整，氩系统稳定性有所增强，氩提取率也有所提高，但与设计产量仍相距甚远。

2011年12月，在成套设备厂商和公司技术人员对两套装置进行了全面的技术分析，并在此基础上进行了大幅度的优化调整。

之后氩产量明显提高，氩提取率接近设计值。

本文详细就氩系统调试中遇到问题和积累的经验，，以及后续优化的方向进行思考和探索。

1、工艺流程简介某公司两套四万空分装置采用电机驱动的多轴等温压缩、氮水预冷、分子筛吸附、中压透平膨胀机制冷、氧氮内压缩以及全精馏无氢制氩工艺流程。

原料空气经过滤器后被空压机压缩至0.48MPa（本文压力均为表压），经预冷系统冷却和分子筛吸附器后,分为低压空气、膨胀空气、高压空气三路进入下塔。

低压空气与上塔污氮气和工业氮气换热后进下塔；膨胀空气先经增压机前三级压缩到2.3 MPa再经增压透平膨胀机膨胀后进下塔；高压空气经增压机五级压缩至6.85MPa，然后与内压缩氧、氮换热，再节流进入下塔。

本装置精馏系统包括主塔单元、氩系统单元和氪氙系统单元三部分（如图1示）。

主塔单元由上塔、下塔、主冷三部分组成，其中上塔为规整填料塔，下塔为筛板塔，主冷采用多层浴式结构。

氩系统采用全精馏无氢制氩工艺，从上塔提馏段抽取得氩馏分，经粗氩塔精馏后得到含氧小于1ppm的粗氩，再经精氩塔脱氮后得到含氮量小于1ppm的液氩产品。

氩产量偏低的原因分析及对策孙全海（扬子石化烯烃厂空分车间，南京大厂区，210048）摘要：针对扬子20000m 3/h 空分设备在原MPC 控制下氩产量偏低这一事实，利用汽液相平衡和相对挥发度的概念，分析指出了造成氩产量偏低的主要原因是氩馏分中的氩含量过低，提出应将氩馏分中的氩含量提高至10×10-2以上。

通过更改MPC 的控制策略和数据，使得氩提取率达到了90×10-2的设计指标，年经济效益500万元以上。

图1表2参2。

关键词： 空分设备 氩产量 分析 MPC1 问题的提出扬子20000m 3/h 空分设备是我公司从美国Praxair 引进的，它采用的是膨胀空气进下塔的内压缩流程，上塔和氩塔使用了规整填料塔，利用全精馏的方法从空气中提取氩产品。

一般来说，采用上述几种先进技术的空分设备应当可以得到较高的氩提取率。

但实际上，这套空分设备在原MPC 控制下的氩提取率尚不到60×10-2，远低于90×10-2的设计指标。

氩在空气中的含量虽不多（0.932×10-2），扬子各化工生产装置也不需要用氩，但它是一种较有价值的产品，在当今的气体市场上一直供不应求。

因此，如果能设法将氩提取率提高至接近或达到设计指标，增加这种副产品的产量，则其经济效益是很明显的。

而本文通过计算和分析认为，只要对原运行工况作某些调整，达到90×10-2左右的的氩提取率是完全可能的。

2 对原运行工况的分析2.1 氩系统简介扬子20000m 3/h 空分设备氩塔示意图见图1所示。

从空分设备上塔的下部抽出几乎不含氮的氧氩混合气体（氩馏分）进入氩塔底部，并在氩塔内的上升过程中被塔内回流液体精馏掉几乎所有的氧，上升气体在到达氩塔顶部时其氧含量只有1×10-6左右。

氩塔顶部的气体在进入氩冷凝器被冷凝成液体后，全部送入氩塔作为氩塔精馏的回流液体，液氩产品由离塔顶数级的位置取出。

西钢空分系统中氩气提取率的探究近期，由于西宁特殊钢股份有限公司新建炼钢、精品棒材生产线的投入使用以及炼钢用户新工艺的增加和部分生产工艺的改进，氩气产品的消耗量也随之增加，而对于我单位KDON——15000m3/h型空分系统中500m3/h的粗氩产量已经不能满足生产用户和外销量的需求。

为此根据能源作业区领导的指示安排，空分系统操作人员进行了一系列系统参数及工艺工况的调整，进一步通过改善操作方法来提高氩气产品的提取率，以保证各用户的需求量，达到节能减排、增产创效的目的。

1 空分系统中的主塔工况是氩精馏系统的根本和基础一般来说，空气中的氩气含量是恒定不变的。

在气体工业生产中，要想提高产品氩气的产量，首先需要增加原料空气量。

因此，空分操作人员根据空气压缩机流量先将进塔空气量由原来的76000m3/h提高到78000m3/h。

进塔空气量增加后，根据氩馏份在线纯度分析仪AI701，将产品氧气的产量由15000m3/h提高到15500m3/h，并将氩馏份纯度分析仪AI701的百分含量控制在8%～9%Ar以内，为初步提高粗氩产量做好前期准备。

与此同时，在确保主冷液位相对稳定的基础上，为了进一步挖掘空分系统主塔中上塔的精馏潜力，将膨胀空气旁通进入污氮气管道的气量FI1由2800m3/h减少到2650m3/h。

这样逐步调整主塔工况，首先是为了进一步挖掘上塔的精馏潜力，从而可以有效提高氧气和氮气的产量；其次是为氩精馏系统工况调整和氩气产品提取打下良好的基础；再次是充分增加空分系统中的氩组份含量，即有从（76000-2800）*0.932%=682m3/h提高到（78000-2650）*0.932%=702m3/h，702-682=20m3/h，因此，在通常情况下有20m3/h氩组份含量的增加量。

2 粗氩塔的工况及有效调节是提高氩气产量的中间环节和有效组成部分在氩塔系统中，参与精馏的粗氩气产量直接决定了产品氩气的提取量，而从上塔中抽取出的氩馏份气量FIC702又制约着粗氩气的产量。

工业分离氩气前言工业分离氩气是一项重要的技术过程，它涉及到氩气的生产、提纯和应用。

本文将全面、详细、完整地探讨工业分离氩气的过程和相关应用。

工业分离氩气的过程工业分离氩气的目标是从空气中提取出纯度较高的氩气。

一般情况下，氩气的含量在空气中只有0.93%，因此需要进行一系列的分离和提纯过程。

1. 空气的净化在工业分离氩气的过程中，首先需要对空气进行净化处理。

这是因为空气中含有大量的杂质，如水蒸气、二氧化碳等。

这些杂质会影响氩气的提纯过程和纯度。

空气净化一般包括以下步骤： - 压缩：将空气压缩到一定压力，以便后续处理。

- 冷却：通过冷却使空气中的水蒸气凝结成液体，方便后续处理。

- 过滤：通过过滤器去除空气中的颗粒物，如灰尘、沙子等。

2. 空分过程空分过程是工业分离氩气的核心步骤，它利用了空气中各组分的不同物理特性进行分离。

空分过程可以分为以下几个关键步骤： - 压力摩擦：将压缩后的空气通过压力摩擦装置，使得各组分按照不同的相对挥发度分离。

- 冷却凝结：在冷却器中，将气体冷却至液化状态，并分离出液体氧、液体氮等组分。

- 膨胀蒸发：将液体气体通过节流阀进行膨胀蒸发，产生冷却效应，使得气体进一步分离。

- 重整压力：通过重整装置对气体进行压缩，产生高纯度氩气。

3. 氩气的提纯经过空分过程后，得到的氩气仍然含有少量的杂质。

因此需要进行氩气的进一步提纯。

氩气的提纯一般包括以下步骤： - 吸附：利用吸附材料吸附氩气中的杂质，如氧气、水分等。

- 脱附：通过加热或减压使吸附材料脱附，得到纯净的氩气。

- 冷却：将氩气冷却到液态，方便储存和运输。

工业分离氩气的应用分离得到的高纯度氩气具有广泛的应用领域，下面介绍几个常见的应用：1. 氩弧焊氩气在金属焊接中扮演着重要的角色。

在氩弧焊过程中，氩气被用作保护气体，防止焊接过程中金属与外界的氧气、水蒸气等反应，从而保证焊接接头的质量和强度。

2. 氩气激光切割氩气激光切割是一种高精度、高速度的切割技术。

关于空分设备增加提氩装置的操作和优化摘要：简述了柳化空分提氩系统的流程，就制氩装置运行过程中出现的问题，定性地分析了氩系统的优化操作和改进方案。

关键词：全精馏无氢制氩；提氩系统；优化操作一、前言柳州化工股份公司制氧能力28000Nm3/h（标准立方米/小时）的大型空分装置与壳牌粉煤气化项目配套设计。

为了综合利用现有资源，通过技术论证和市场调研，柳化大力气体厂决定在空分装置上直接串入提氩装置，采用无氢除氧工艺技术（也称全精馏制法），无氢除氧工艺流程简单、操作简单、能耗低、效益高，具备了其它工艺无法比拟的优势，是最先进的制氩工艺，氩的提取率能达到60%以上。

该装置可生产出市场需求量大、产品效益好的液氩产品。

该项目把提氩装置的设备和管道一起放到空分的冷箱内，最大限度降低冷量损失，既稳定空分装置的操作又降低液氩的生产成本。

二、技术原理与生产流程1、技术原理本项目采用无氢除氧工艺提取纯氩，其原理是利用氧气、氮气、氩气的沸点不同，采用精馏原理进行分离，其中氮的沸点（-195.78℃）、氧的沸点（-182.83℃）和氩的沸点（-185.7℃），由于氧的沸点比氩高，在精馏过程，高沸点组分氧被大量地洗涤下来，形成回流液返回空分上塔，此外，氩的沸点比氮高，高沸点的氩被洗涤下来，少量低沸点氮作为废气排放。

通过低温精馏法，在粗氩塔中完成氧－氩分离，在精氩塔中完成氩－氮分离，从而得到纯氩。

2、工艺流程本项目的低温全精馏制氩的所有设备均置于空分设备的保冷箱内，粗氩塔I、粗氩塔II、精氩塔均为填料塔。

在粗氩塔I、粗氩塔II内，气态氩馏份沿填料盘上升，由于氧的沸点比氩高，故高沸点组分氧被大量地洗涤下来，形成回流液返回上塔。

粗氩塔I底部的液氩经液氩泵加压后打入粗氩塔II上部作为回流液；因此，上升气中的低沸点组分氩含量不断提高，最后在粗氩塔I顶部得到含氧≤2ppm、含氮<1%的粗氩气，粗氩气在粗氩冷凝器中被液空冷凝成粗液氩。

影响氩抽取率的因素陈明敏【摘要】详细分析了影响空分设备氩提取率的诸多因素主题词：空分设备制氩氩提取率影响因素空分设备制氩是生产氩气的主要方法。

在空分设备中，制氩系统是整个装置的有机组成部分，并不是独立的系统，它受到诸多因素的牵制，因而，影响氩提取率的因素很多。

空分设备的工艺流程，特别是制氩系统的工艺流程，是影响氩提取率的主要因素之一。

分子筛吸附净化、增压膨胀机制冷、全精馏制氩的空分工艺流程，是目前最先进的工艺流程。

由于采用分子筛净化空气，使空分设备的纯产品量增加，同时，与系统压力交变的切换流程相比，精锐馏系统的压力比较稳定，这两点都有利于提高氩提取率；而增压膨胀机的采用，有效地降低了膨胀量，提高了产品提取率，有利于氩的提取；制氩系统采用的全精馏制氩工艺，是近年来随着规整填料在空分设备上得以应用而发展起来的一种新的制氩工艺，该工艺流程先进、氩提取率高。

全精馏制氩就是利用规整填料压降低、分离效果的特点，使规整填料的粗氩塔允许设置足够多的塔板，在粗氩塔中实现沸点相当接近的两个组分的彻底分离，即氩氧的分离，制取含氧量很低的粗氩（一般粗氩含氧量≤2PPmO），2然后在精氩塔中除去粗氩中的氮，利用精馏法直接制取纯氩产品。

一般地说，采用全精馏制氩工艺，氩提取率将提高，这是由规整填料特性所决定的。

由于规整填料压降低，在相同的粗氩塔压降允许范围内，规整填料的粗氩塔可以设置更多的塔板，提取更高纯度的粗氩，从而在一定程度上提高氩提取率。

精馏系统的操作压力，是影响氩进取率的另一主要因素。

任何降低精馏系统操作压力的措施，都有利于提高氩提取率。

较低的精馏压力可增大各组分的相对挥发度，使上塔提馏段更有利于氩氧分离，这是非常重要的，而对粗氩塔来说，则更有利氩氧的彻底分离。

在可比条件下，当氩馏份为10%Ar，粗氩纯度为99.6%Ar时，粗氩塔操作压力从1.5bar降到1.4bar，其最小回流比从29.8降到28.9，若取工作回流比为1.05倍的最小回流比，则所需氩馏份量从32.29倍粗氩量降到31.345倍粗氩量，也就是说，由于粗氩，塔操作压力的降低，同样量的氩馏份，可提取更多的粗氩，在上述例子中，可增加粗氩～3%。