氩产量偏低的原因分析及对策

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1、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20000m3/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20000m3/h空分设备是我公司从美国Praxair引进的，它

2、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

3、，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20000m3/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。设氩馏分的流量为V，氩馏分中氩含量yA；塔底回流液流量为L，氩含量xA

4、；产品液氩流量为D，氩含量xD。则很明显有以下两个物料平衡方程式：…………………………………………………………（1）……………………………………………（2）2.2原运行工况与设计工况的比较将原运行数据与设计工况相比较，有利于找出原工况氩产量偏低的症结所在，故列出原运行数据和设计工况中与液氩产量密切相关的几个数据，见表1。表1中“原工况”是指2000年5月16日0:00～24:00，MPC控制时连续24小时内的平均值。为便于比较，已将进冷箱空气流量放大至设计值，氩馏分、污氮气、氧氩产品各流量则根据空气的放大比例作了相应调整。氩

5、产品纯度指其中的含氧量，单位10-6；流量单位m3/h（折合气态，下同）。表1原工况与设计工况比较 氩馏分液氩产品氧产品污氮气流量浓度流量纯度流量纯度流量氧含量设计[1]221070.1562138001200000.998000131430.000047原工况237560.0650005030.90199570.999000158520.001500由表1可以看出，原运行工况中的氩馏分浓度远低于设计值，氧产品纯度则高于设计值，污氮气中的氧含量也远高于设计值。而本文以下部分将要说明，正是氩馏分浓度过低及污氮气中的氧含量过高制

6、约了氩产量的提高。2.3氩馏分浓度与氩产量的关系设氩含量为yA的氩馏分气体在穿过第一块理论塔板后浓度变为yA1，由于在氩塔内氩相对于氧而言是易挥发组分，很明显yA1≥yA；根据理论塔板的概念，离开某块理论塔板的汽液相之间应该成相平衡，故氩含量为yA1的氧氩混合气体应当与粗氩塔底的回流液体（氩含量为xA）之间成相平衡。如果粗氩塔底氩对氧的相对挥发度为αAO，则根据相对挥发度的定义，有：………………………………………………………（3） 由（3）可得：……………………………………………（4）由于yA≤yA1，则将yA替换式（4）右

7、边分式中的yA1后，右边分式应当减小（分子减小而分母增大，则分式必定减小）或不变。这样就得到以下不等式：………………………………………（5）因氩产品纯度xD≈1，结合式（1）、（2）和（5）就很容易解出氩产量D与相对挥发度αAO、氩馏分气体流量V及氩馏分浓度yA三者之间存在下列关系：……………………………………………（6）在粗氩塔底氩对氧的相对挥发度约为1.5[2]（在大多数情况下实际上略小于1.5），现就以αAO=1.5代入式（6），即可得到：……………………………………………………（7）式（7）表明，通常情况下，氩产量不

8、可能超过氩馏分中氩总量的三分之一。2.4制约氩产量的几个主要因素由式（6）可以看出，即使不考虑氩塔本身的因素，氩产量D也受到粗氩塔底氩对氧的相对挥发度αAO、氩馏分气体流量V、氩馏分中的氩含量yA这三个因素的制约。现对这三个影响因素分别加以讨论。增大氩对氧的相对挥发度αAO可以提高氩的收率