浅谈制氧装置生产工艺研究

杨亮亮

日照盈达气体有限公司 山东日照 276800

随着化工行业迅猛发展，市场竞争激烈。引入一套可扩展、高效率的制氧装置是当今化工行业发展中的重要问题。但制氧装置相对而言投资大、门槛高、见效慢，管理人员应该明确中制氧装置的痛点问题，综合利用PLC 系统进行数据耦合、数据分析，扩大制氧装置系统的应用范围，降低人为失误，提高出氧率，满足市场化的多样要求。

1 制氧装置的分类

目前常见的制氧工艺包括电解法，膜法富氧技术，深冷法和变压吸附法，电解法相对能源消耗大，一般工业生产中不会选用，而膜法富氧技术作为一种新兴的制氧技术，在实际应用过程中还存在着较多问题，需哟啊进一步的发展和研究。深冷法分子筛工艺流程作为常见的工艺制氧技术流程，其设备较多，但工艺较为成熟，出氧量高，但对设备生产的要求较高，适合企业大规模生产。

2 浅谈制氧装置生产工艺研究

2.1 原料来源

制氧装置的主要原料来源是空气，空气中包含21%的氧气，但由于空气是一种均匀的多组分服务混合物质，除了包含氧气，还包含大量的氮气，二氧化碳和一些稀有气体，在常温下分离困难。在标准大气压下，氧、氮、氩的沸点分别是-183℃、-196℃、-186℃，氧和氮的沸点相差约13℃，氩和氮的沸点相差约10℃，借助沸点差可以进行低温液化。一般情况下就是利用蒸馏法首先把空气冷凝成液体，按照各组分的蒸发温度不同进行分离。

2.2 原料空气压缩

加压降温将空气压缩到工艺标准，然后直接输送到下一工序。目前压缩机基本设有自洁式的空气过滤器，可以有效过滤掉空气中的杂质，保证氧气纯度。一般空压机由单缸3 段4 级组成，输送力108000Nm3/h，出口压力平均值为0.615MPa。管理人员要实时监测各个零组件之间的组合抓牢情况，通过对细节的检验，综合反映制氧装置的磨损程度与密封性。通过完善的检验标准，降低前期的工作量，实现整体层面上的参数化设计，提高内部质量，并通过网格化的建模方式，快速定位、以浓度，压力，温度等重要参数入手，完成多角度的制氧装置精细化管理[1]。将连续的制氧装置分割成单一的微小单元组织，建立单元与单元之间通过固定的节点进行关联，利用特定的网络形状进行等效的计算，减少工作步骤，拟合建立制氧装置等效方程，并采用系统系统方程求解，优化制氧流程。

2.3 空气预冷和纯化系统

空气预冷和纯化系统主要包括水冷塔，空气冷却塔，冷却水泵和冷却机组等。空气自空压机输送出来后，直接进入到空气冷却塔中进行冷却，空气冷却塔的水分为两段，下段使用循环水，上段直接用氦气冷却，整体系统采用喷淋式的空冷法，降低空气中二氧化碳对于分子筛的影响，有效延长分子筛的使用寿命，当空气经过空气塔冷却后，温度直接降到15℃之下。空气中的二氧化碳和部分碳氢化合物被吸收。空气是多个组分的混合气体，随着空气进入空压机内部的水分和二氧化碳析出，可能会冻结和堵塞气体通道，因此必须利用分子纯化器筛除水分和二氧化碳。分子筛作为空分装置的关键，分子筛吸附器内装有16 吨的活性氧化铝和22 吨的13X分子筛。一般分子筛吸收器分为两支，一只工作，另一只备用。分子筛工作时长为四小时，切换周期为八个小时。管理人员要定时进行自动切换，以保证设备正常运行[2]。

2.4 制冷换热

空气净化之后主要分为三支，一支空气被抽出作为仪表空气，一支空气直接进入到主交换器中，最后一路空气去增压机中增压之后进入主换压器。作业过程中其主要利用了透平膨胀机系统，增压透平膨胀机可以利用膨胀机输出的膨胀力来增加压力，提高空气量，进一步提高质量效率，同时对能源的消耗率较小，热力学更为完整，部分空气在膨胀机膨胀端从压力0.75MPa 膨胀至45kPa，熵增效率可达到85%，有效降低了能量损失。

主精馏塔主要分为上塔和下塔，主冷凝蒸发器将上塔与下塔连接起来，主冷凝蒸发器作为一种板式的换热器，既是下塔的冷凝器，又是上塔的蒸发器，上塔压力低，40kPa 左右，而下塔压力在0.5MPa。在下塔中夜华的高压空气向上流动，淡季含量逐渐增高，氧气直接从上塔引出，经过热换热器回收后直接送入到后续的氧气压缩机中。经过主换热器复热后，也可以直接进入到用户管网中。

2.5 氧气压缩输送装置

氧气压缩输送装置输送装置主要包括了氧气压缩机，氮气压缩机，氧气气罐匹配装置，氧气和氮气从主冷凝箱出来之后分别压缩到3MPa，进入到氧气气罐。在一般情况下，氧气压缩采用氧气透平压缩机，整体钢型为双缸，八级压缩人员要明确氧气的物理化学特点，纯氧表现为高纯度，高压力，高流速。一旦压缩机中一旦出现火星，很容易导致爆燃，因此在使用之前，应该二次检验压缩机内是否存在杂质，氧气接触的壁面是否含有油脂等燃点较低的物质。

例如，氧气接触的金属面要采取化学性能稳定，不容易氧化的材料制成。体积较大的铸铁表面要镀铜的方法，不与氧气接触的部件均采用不锈钢制造的方法。与氧气接触的部件要进行脱脂清洗，采取间歇式作业方法，在段和段之间设置中间冷却器，一旦温度超过185°，PLC 控制系统会直接叫停，有效避免事故扩大化[3]。此外，可以综合设置防火墙，保证输氧管道与外界隔离，现场操作柜外直接射入在防火墙外，在氧气制氧设备工作过程中，工作人员均处在安全区内，避免意外发生爆炸，最大程度上保证保证一线人员的生命健康。

3 结语

当下工业体系快速发展，氧气作为工业生产中的重要资源。但由于化工行业高耗能，高污染的特点，制氧机组耗能高，其工艺设计较为复杂。管理人员要明确制氧装置的功率和设备的节能特点，明确细节控制要点，降低能耗，保证我国资源环境协调发展。