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空分内压缩流程提取粗制氪氙气体的研究
作者：孙涛
来源：《中国科技纵横》2014年第08期
【摘 要】 大型空分内压缩流程氪氙粗制气体提取对主塔以及粗氩塔的影响，投运过程中遇到的问题，以及问题的分析解决，最终实现在保证空分稳定运行的前提条件下，提取合格的氪氙粗制产品
【关键词】 氪氙 主塔 粗氩塔 换热 流量 压力
邯钢7#制氧机为内压缩流程、全精馏、全提取的35000Nm3/h空分设备，能根据生产的需要，实现自动变负荷操作。产品包含氧气、氮气、氩气和粗氖氦氪氙气体。该工艺流程复杂，操作技术要求高。由于提取氖氦氪氙气体产品时，影响空分装置的稳定性，只是在调试阶段试投运过，期间造成主塔及粗氩塔运行极其不稳定，后来很长时间一直未投运。 首先，简单介绍下内压缩流程全提取工艺：
空气经过空压机压缩，氮水预冷系统冷却，分子筛净化后，分两路。一路直接进入主板式E01与返流气体换热。一路经过增压机压缩。增压机分两段压缩，一段压缩后，一部分经过二段压缩至5.4MPa，与返流高压液氧换热，经过高压节流阀FV1521降压后进入粗氩塔K12和下塔K01。另一部分经过增压膨胀机ET01膨胀冷却后进入下塔。工艺流程简图（图1）。 冷却后空气接近液化温度（-173℃）送入下塔，经过精馏，在顶部达到纯液氮、中压氮气。底部达到富氧液空。纯液氮在过冷器E03中过冷后，一部分送入纯氮塔K03中过冷后作回流液。富氧液空一部分经过LV1601送入低压塔K02作为回流液。另一部分经过LV1711送入粗氩塔冷凝器E10，作为冷源。从低压塔K02中部抽取部分馏分送入粗氩塔K10，除掉氧组分，顶部产生粗液氩。回流液由顶部E10富氧液空汽化产生。粗液氩送入精氩塔，除掉氮组分，产生液氩送入液氩贮槽。第三，问题的研究与分析：
（1）消除下塔液空液位变化带来影响。当投运氪氙时抽取约4300 Nm3/h中压空气，经过E90、E95换热后，变成液空，返回到粗氩塔E10，这样去粗氩塔的液空在粗氩塔蒸发负荷不变的情况下，会减少从下塔底部经过LV1711抽取的液空，导致下塔液空就会上涨。下塔液空液位是通过LV1601自动调节，当液位升高会自动增加阀门开度，这个变化可以从该支路上流量FI1559检测到，投运氪氙后，FI1559的流量明显增加，约4000Nm3/h。由于该支路液空不是从底部抽取，是从在空气进料口上部约2M部位，这样就会改变该段回流比。同时该支路是经过E03过冷换热器，改变了过冷器的换热温差。
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首先，缓慢开启FV1724A，从粗氩塔E10底部引出富含氪氙富氧液空，同时关闭FV1724C，保持从E10底部抽出的富氧液空FI1724量维持在2700Nm3/h.当E90和E95全浸后，液位控制在102%。K90的顶部压力投入自动，经过PV5016调节，压力设计是38KPa，阀门经常处于全开无法调节，经过试验压力设定在67KPa，调节比较稳定。从下塔缓慢抽取中压空气，逐渐开启FV5023，当FIC5023流量达到2800 Nm3/h， E95液位（LI5020），稳定后，逐渐打开FV5024，直到FIC5024到1500Nm3/h，E90液位（LI5022）稳定后，将FIC5024投入自动。随着K90工作，打开FV5025，从K90顶部引入液空作为回流液，该支路液空约800Nm3/h。氪氙在氪氙塔K90逐渐浓缩，最终达到氪含量约3000PPm，氙含量约230PPm的贫氪氙液。
运用物料平衡的原理，分析精馏塔各段回流比，消除了投运氖氦氪氙系统对整个空分装置的影响，实现了空分装置氪氙粗制产品的提取，提高了氪氙运行过程中主塔及粗氩塔运行稳定性。
参考文献：
[1]李华治.《制氧技术》.冶金工业出版社. [2]杨世铭.《传热学》.高等教育出版社.
