专利名称：一种用全低压空分装置制取高纯氧的方法
技术领域：
本发明属于制氧技术领域，特别是提供了一种用全低压空分装置制取高纯氧的方法。
背景技术：
随着炼钢生产要求的不断提高和纯净钢技术研究工作的进一步深入，对高纯度氧产品(氮含量＜15ppm)的要求不断提高。另外，高纯度液氧的市场需求也在扩大。而现有大型空分装置的流程设计一般只能生产纯度在99.6％左右的氧产品，如果采用进一步提纯的方法，产品成本高产量小，很难满足大规模工业生产的需要。
因此，通过对现有全低压空分装置高纯氧技术的优化研究，使现有空分装置直接生产高纯氧(纯度达99.9％以上)，并能够连续稳定生产，是解决需求与供给矛盾的最佳方案。
目前大型工业气体中产品氧、氮、氩一般采用全低压精馏方法提取，大型空分装置应用的较为先进工艺流程和设备主要有1、上塔采用规整填料代替筛板塔；2、采用全精馏制氩；3、加工空气常温净化，采用分子筛变压吸附(PSA)或变温吸附(TSA)工艺；4、采用DCS进行工艺过程的检测、控制、优化和负荷跟踪调节；5、采用最新的内压缩工艺、膨胀空气进下塔的流程，以达到降低能耗、减少投资的目的。
典型的低温精馏空分设备的产品纯度一般为氧＞99.6％，氮＞99.99％，氩＞99.999％。本方案是依据以上空分流程制定高纯氧生产操作。
高纯氧生产技术分析的手段包括以下内容1、建立空分精馏系统的数学模型；2、完成精馏过程和全流程模拟计算；3、在各种不同的工况下，研究分析模拟计算结果与实际操作对比，提出切实可行的高纯氧生产方案及操作调整方法。
一般情况下，可以有以下两种方法来提高氧产品纯度(1)减少产品氧气产量，提高产品氧纯度。
氮产量不变时，调整产品氧要使氧产量由100％减少到95％～70％，氧纯度提高0.1～0.4个百分点。如图1所示随着氧产品产量减少，氧纯度持续提高。图中分别示出液态氧和气态氧产品的变化规律。同时氮、氩产品纯度变化见图2和图3。图2显示出氮与氧减量的关系，随着氧产品的减量变化，氮纯度有所降低。图3显示出随着氧产品的产量减少，氩馏分中氩含量明显下降。
(2)增加加工空气量，提高产品氧纯度调整空压机导流叶片开度，使进塔空气量比设计工况增加2％～10％，氧、氮产品产量不变时，产品氧纯度提高0.1％～0.4％个百分点，同时氮纯度略有降低；氩馏分中氧含量提高，氩含量降低。如图4所示随着加工空气量的提高，氧纯度持续提高。图中分别示出液态氧和气态氧产品的变化规律，图5显示出随着加工空气量的变化，氮纯度有所降低。图中分别示出液态氮和气态氮产品的变化趋势。图6显示出随着加工空气量的变化，氩馏分中氩含量明显下降，图中示出氩含量与加工空气量的关系。
上述两种方法均可使氧产品纯度升高0.1～0.4个百分点，但对其他产品纯度带来影响氮产品纯度有所下降，氩馏分纯度大幅度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用全低压空分装置制取高纯氧的方法，此操作方法在提高氧产品纯度的同时，兼顾其他空分产品的纯度。具体操作方法如下(1)减少产品氧产量，同时提高下塔送上塔的液空量；氮产量不变时，调低产品氧出口阀门开度，使氧产量减少5％～30％，同时调整送上塔回流液空阀门，使液空量增加5％～35％，此时氧纯度提高0.1～0.4个百分点。如图7～图9所示。图7显示出随着氧产品的不断减量和送上塔回流液空量增加，氧产品纯度提高。图8显示出随着氧产品的不断减量和送上塔回流液空量增加，使氩馏分中氩含量有所提高。图9显示出随着氧产品的不断减量和送上塔回流液空量增加，产品氩纯度不断提高。
(2)增加加工空气量，同时提高下塔送上塔的液空量。
保持氧、氮产品产量不变，调整空压机导叶开度，使进塔空气量增加2％～10％，同时调整上塔回流液空量，使之增加5％～35％时，此时氧纯度增加0.2～0.4个百分点，氩馏分降低减缓，如图10～12所示。图10显示出随着空气量的增加，同时送上塔回流液空量增加，使氧纯度连续提高。图11显示出随着空气量的增加，同时送上塔回流液空量增加，使氩馏分中氩含量提高。图中计算起始点为——空气增量5％，液空增加10％。图12显示出随着空气量的增加，同时送上塔回流液空量增加，氩纯度不断提高。
(3)减少氧产量，同时增加加工空气量和提高下塔送上塔的液空量。
调整产品氧、进塔空气、上塔回流液空的阀门开度，使空分产品氧减量5％～30％，进塔空气增加2％～10％，上塔回流液空增量5％～35％。在以上操作条件下，氧纯度增加0.1～0.4个百分点，氩产品纯度达到要求。
本发明的优点在于针对全低压空分装置生产高纯氧，经过分析计算提出的操作方案，既提高了产品氧气的纯度；又兼顾了产品氮和氩的纯度要求。同时，操作调整幅度较小，对空分的运行工况影响较小，可操作性强。
图1是本发明的空分氧产量-氧纯度图。
图2是本发明的空分氧产量-氮纯度图。
图3是本发明的空分氧产量-氩纯度图。图中示出氩含量与氧减量的关系。
图4是本发明的空分加工空气量-氧纯度图。
图5是本发明的空分加工空气量-氮纯度图。
图6是本发明的空分加工空气量-氩馏分含量图。
图7是本发明的空分氧产量-液空量-氧纯度关系图。图中计算起始点为——氧减量15％，液空增加12％。图中示出气态氧产品纯度与氧产量及液空量的变化规律。
图8是本发明的空分氧产量-液空量-氩馏分关系图。图中计算起始点为——氧减量15％，液空增加12％。图中示出氩馏分中氩含量与氧产量及液空量的变化规律。
图9空分氧产量-液空量-精氩纯度关系图。图中计算起始点为——氧减量15％，液空增加12％。图中示出精氩纯度与氧产量及液空量的变化规律。
图10空分加工空气量-液空量-氧纯度关系图。图中计算起始点为——空气增量5％，液空增加10％。图中示出气态氧产品纯度与加工空气量及液空量的变化规律。
图11空分加工空气量-液空量-氩馏分关系图。图中计算起始点为——空气增量5％，液空增加10％。图中示出氩馏分中氩含量与加工空气量及液空量的变化规律。
图12空分加工空气量-液空量-精氩关系图。图中计算起始点为——空气增量5％，液空增加10％。图中示出精氩纯度与加工空气量及液空量的变化规律。
具体实施例方式
该操作方案通过空分装置的操作检验，氧气纯度达到99.9％，符合高纯氧生产的要求。
表1是60000Nm3空分装置在不同操作工况下的计算数据。
表1组合操作产品纯度预测
权利要求
1.一种用全低压空分装置制取高纯氧的方法，其特征在于生产高纯氧的同时保证其它空分产品纯度的组合操作，具体操作方法如下a、调整产品氧出口阀门开度，使氧产量减少5％～30％，同时调整上塔回流液空阀门，使液空量增加5％～35％，此时氧纯度提高0.1～0.4个百分点，氩馏分保持在正常值；b、调整空压机导叶开度，使进塔空气量增加2％～10％，同时调整上塔回流液空量，使之增加5％～35％时，此时氧纯度提高0.1～0.4个百分点，氩馏分保持在正常值；
2.按照权利要求1所述的用全低压空分装置制取高纯氧的方法，其特征在于减少氧产量，并增加加工空气量，同时提高下塔返回上塔的液空量，具体操作方法如下调整产品氧、进塔空气、上塔回流液空的阀门开度，使空分产品氧减量5％～35％，进塔空气增加2％～10％，上塔送上塔液空增量5～35％；在以上操作条件下，氧纯度能够提高0.1～0.4个百分点，氩馏分保持在正常值。
全文摘要
本发明提供了一种用全低压空分装置制取高纯氧的组合操作方法，该操作方法在提高氧纯度的同时能够保证其它空分产品纯度。具体操作方法如下调整产品氧产量、进塔空气量、下塔送上塔液空的阀门开度，使空分产品氧减量5％～25％，进塔空气量增加2％～10％，下塔送上塔液空增量5％～35％；在以上操作条件下，氧纯度能够提高0.1～0.4个百分点，氩馏分保持在正常值。本发明的优点在于既提高了产品氧气的纯度，达到高纯氧的要求；又兼顾了产品氮和氩的纯度。同时，操作调整幅度小，对空分的运行工况影响较小，可操作性强。
文档编号F25J3/04GK1558171SQ20041003905
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月29日 优先权日2004年1月29日
发明者王立, 程玉芝, 张延平, 王鼎, 徐中, 董继昌, 王 立 申请人:宝山钢铁股份有限公司, 北京科技大学