氬產(chǎn)量偏低的原因分析及對(duì)策.doc

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1、氬產(chǎn)量偏低的原因分析及對(duì)策孫全海（揚(yáng)子石化烯烴廠空分車間，南京大廠區(qū)，210048）摘要：針對(duì)揚(yáng)子20000m3/h空分設(shè)備在原MPC控制下氬產(chǎn)量偏低這一事實(shí)，利用汽液相平衡和相對(duì)揮發(fā)度的概念，分析指出了造成氬產(chǎn)量偏低的主要原因是氬餾分中的氬含量過低，提出應(yīng)將氬餾分中的氬含量提高至10×10-2以上。通過更改MPC的控制策略和數(shù)據(jù)，使得氬提取率達(dá)到了90×10-2的設(shè)計(jì)指標(biāo)，年經(jīng)濟(jì)效益500萬元以上。圖1表2參2。關(guān)鍵詞：空分設(shè)備氬產(chǎn)量分析MPC1問題的提出揚(yáng)子20000m3/h空分設(shè)備是我公司從美國Praxair引進(jìn)的，它采用的是膨脹空氣進(jìn)下塔的內(nèi)壓縮流程，上

2、塔和氬塔使用了規(guī)整填料塔，利用全精餾的方法從空氣中提取氬產(chǎn)品。一般來說，采用上述幾種先進(jìn)技術(shù)的空分設(shè)備應(yīng)當(dāng)可以得到較高的氬提取率。但實(shí)際上，這套空分設(shè)備在原MPC控制下的氬提取率尚不到60×10-2，遠(yuǎn)低于90×10-2的設(shè)計(jì)指標(biāo)。氬在空氣中的含量雖不多（0.932×10-2），揚(yáng)子各化工生產(chǎn)裝置也不需要用氬，但它是一種較有價(jià)值的產(chǎn)品，在當(dāng)今的氣體市場(chǎng)上一直供不應(yīng)求。因此，如果能設(shè)法將氬提取率提高至接近或達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，增加這種副產(chǎn)品的產(chǎn)量，則其經(jīng)濟(jì)效益是很明顯的。而本文通過計(jì)算和分析認(rèn)為，只要對(duì)原運(yùn)行工況作某些調(diào)整，達(dá)到90×10-2左右的的氬提取率是完全可能的

3、。2對(duì)原運(yùn)行工況的分析2.1氬系統(tǒng)簡(jiǎn)介揚(yáng)子20000m3/h空分設(shè)備氬塔示意圖見圖1所示。從空分設(shè)備上塔的下部抽出幾乎不含氮的氧氬混合氣體（氬餾分）進(jìn)入氬塔底部，并在氬塔內(nèi)的上升過程中被塔內(nèi)回流液體精餾掉幾乎所有的氧，上升氣體在到達(dá)氬塔頂部時(shí)其氧含量只有1×10-6左右。氬塔頂部的氣體在進(jìn)入氬冷凝器被冷凝成液體后，全部送入氬塔作為氬塔精餾的回流液體，液氬產(chǎn)品由離塔頂數(shù)級(jí)的位置取出。設(shè)氬餾分的流量為V，氬餾分中氬含量yA；塔底回流液流量為L(zhǎng)，氬含量xA；產(chǎn)品液氬流量為D，氬含量xD。則很明顯有以下兩個(gè)物料平衡方程式：…………………………………………………………（1

4、）……………………………………………（2）2.2原運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況的比較將原運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)工況相比較，有利于找出原工況氬產(chǎn)量偏低的癥結(jié)所在，故列出原運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)工況中與液氬產(chǎn)量密切相關(guān)的幾個(gè)數(shù)據(jù)，見表1。表1中“原工況”是指2000年5月16日0:00～24:00，MPC控制時(shí)連續(xù)24小時(shí)內(nèi)的平均值。為便于比較，已將進(jìn)冷箱空氣流量放大至設(shè)計(jì)值，氬餾分、污氮?dú)?、氧氬產(chǎn)品各流量則根據(jù)空氣的放大比例作了相應(yīng)調(diào)整。氬產(chǎn)品純度指其中的含氧量，單位10-6；流量單位m3/h（折合氣態(tài)，下同）。表1原工況與設(shè)計(jì)工況比較?氬餾分液氬產(chǎn)品氧產(chǎn)品污氮?dú)饬髁繚舛攘髁考兌攘髁考兌攘?/p>

5、量氧含量設(shè)計(jì)[1]221070.1562138001200000.998000131430.000047原工況237560.0650005030.90199570.999000158520.001500由表1可以看出，原運(yùn)行工況中的氬餾分濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，氧產(chǎn)品純度則高于設(shè)計(jì)值，污氮?dú)庵械难鹾恳策h(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。而本文以下部分將要說明，正是氬餾分濃度過低及污氮?dú)庵械难鹾窟^高制約了氬產(chǎn)量的提高。2.3氬餾分濃度與氬產(chǎn)量的關(guān)系設(shè)氬含量為yA的氬餾分氣體在穿過第一塊理論塔板后濃度變?yōu)閥A1，由于在氬塔內(nèi)氬相對(duì)于氧而言是易揮發(fā)組分，很明顯yA1≥yA；根據(jù)理論塔板的概念

6、，離開某塊理論塔板的汽液相之間應(yīng)該成相平衡，故氬含量為yA1的氧氬混合氣體應(yīng)當(dāng)與粗氬塔底的回流液體（氬含量為xA）之間成相平衡。如果粗氬塔底氬對(duì)氧的相對(duì)揮發(fā)度為αAO，則根據(jù)相對(duì)揮發(fā)度的定義，有：………………………………………………………（3）?由（3）可得：……………………………………………（4）由于yA≤yA1，則將yA替換式（4）右邊分式中的yA1后，右邊分式應(yīng)當(dāng)減?。ǚ肿訙p小而分母增大，則分式必定減?。┗虿蛔?。這樣就得到以下不等式：………………………………………（5）因氬產(chǎn)品純度xD≈1，結(jié)合式（1）、（2）和（5）就很容易解出氬產(chǎn)量D與相對(duì)揮發(fā)度αAO

7、、氬餾分氣體流量V及氬餾分濃度yA三者之間存在下列關(guān)系：……………………………………………（6）在粗氬塔底氬對(duì)氧的相對(duì)揮發(fā)度約為1.5[2]（在大多數(shù)情況下實(shí)際上略小于1.5），現(xiàn)就以αAO=1.5代入式（6），即可得到：……………………………………………………（7）式（7）表明，通常情況下，氬產(chǎn)量不可能超過氬餾分中氬總量的三分之一。2.4制約氬產(chǎn)量的幾個(gè)主要因素由式（6）可以看出，即使不考慮氬塔本身的因素，氬產(chǎn)量D也受到粗氬塔底氬對(duì)氧的相對(duì)揮發(fā)度αAO、氬餾分氣體流量V、氬餾分中的氬含量yA這三個(gè)因素的制約?，F(xiàn)對(duì)這三個(gè)影響因素分別加以討論。增大氬對(duì)氧的相對(duì)揮發(fā)

8、度αAO可以提高氬的收率