[发明专利]N型模式供气节能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体低温分离领域，尤其涉及一种供气节能的方法。

背景技术

低温精馏技术的分离是指：利用不同气体的沸点的不同而进行的气体分离生产。空气的分离过程在筛板塔板上进行，气体通过均布在筛板上的大量小孔(0.9mm左右)，在穿过筛板上的回流薄液层的时候，发生传热和传质变化，上升气体中的氧含量被洗涤到回流液中，导致上升气体的含氮量不断攀升。这样经过许多块塔板后，就将空分分离成高纯度的氮气、氧气等等气体产品。

精馏生产必然对需要加工分离的空气的流量有一定的上限要求。如空气的流量过大，通过0.9mm筛孔的气体的流速就太大，就把纯度较低的筛板上的回流液冲到上一块纯度高的塔板上，从而破坏了精馏过程，一般称这是种现象为“液悬”，大型气体分离装置加工空气量不应超过设计量的5％，小型装置不应超过20％，否则就影响气体产品质量。

精馏生产对需加工分离的空气的流量也有一定的下限要求。如空气的流量过小，回流液通过塔板表面时，来自于0.9mm筛孔的气体的流速由于过小，就托不住塔板表面上的回流液，回流液就不能从正常通道流下，而从0.9mm中的筛孔中漏下，这样就失去了传热和传质的过程，没有热质转换，加工空气就无法分离，从而也破坏了精馏过程，一般称这是种现象为“漏液”，一般气体分离装置加工空气量不应低于设计量的70％，否则也影响气体产品质量。

从装置开动所需要的时间来看，空气分离装置从开动到产品合格需要很长时间，一般小装置的热开车为8小时，大装置开车时间需要25小时以上。开车期间需要消耗大量的能源而没有任何产品的产出。开车时间之所以这样长是因为需要将冷箱内的所有容器的温度从常温降低到零下180多度以下，而且需要在每块塔板上积液并建立精馏工况。因此开车的损失很大。

根据以上分析，可知道气体的生产过程必须是一个稳定的生产过程，超过一定范围的增加产量或减少产量将对产品质量有重大的负面影响。

外界客户对气体的消耗情况千差万别。并非所有厂家都是24小时连续生产、稳定使用气体。比如有的厂家每天白天工作期间用气，而晚上不用气(或少用气)。一般称这类时而用气、时而不用气(或少用气)的模式为N型模式或类N型模式。

由图1可见：现有的工艺方法通过7个模块形成供气的步骤，包括：空气压缩模块、预处理模块、纯化模块(即热撬模块)、精馏模块(即冷箱模块)、气体分析模块、产品压缩模块、产冷模块。这些模块的作用是：

空气压缩模块：这个模块主要由空气过滤、压缩构成，它的作用是把原料空气升压到精馏所需要的压力。由于空压机的原理或后续工艺的不同，有的还配备冷干机或冷冻机以及脱油系统。原料空气通过这个模块后，已经脱去了部分冷凝水、杂质和油雾。

预处理模块：带压的原料空气进入这个模块中，空气进一步被洗涤，空气温度进一步降低，空气中的易溶于水的杂质成分和水分进一步降低。

纯化模块(热撬模块)：它几乎可以完全原料空气中的水分和二氧化碳(均在1ppm以下)。这个模块非常关键，在冷箱模块中，加工空气的温度将达到-180℃以下，如果带油、水、CO2超过1ppm的话，这些杂质就变成体积较大的固体，堵塞精馏塔内0.9mm左右的筛孔。

精馏模块(冷箱模块)：主要包含空气产品的分离以及主热/主冷部件。这是气体产品的核心模块。

气体分析模块：主要是监控中间过程以及产品质量。

产冷模块：装置的精馏在-172℃~-185℃之间进行，尽管冷箱采取保冷措施，但冷量还是有损失。因此产冷模块的作用就是弥补冷损。

产品压缩模块：主要作用就是根据客户对气体产品压力的要求的不同而进行调整。

但按照上述的方法会产生如下的问题：

气体的生产特点决定了必须尽量稳定生产气体产品以确保产品质量。但使用方的气体消耗特点是白天使用，晚上不使用或很少使用。由于晚上客户不消耗气体或消耗很少的气体，空分装置的生产将面临二个问题。

问题1：当晚上用气点不使用气体时，由于气态产品难以储存，为避免气态产品放空，空分装置就需要停产，但白天来到之前，马上要提前开车，而停产后的开车成本很高，因此不能停产。结果停产不行，不停产也不行。通过经济分析比较后，通常的选择是不停产。如果不停产，必然导致气体产品放空造成单位气体的生产成本提高。

问题2：由于选择继续生产，为了避免气体产品放空，不外乎采取以下2个办法回收放空的气体产品。

办法一：将晚上放空气体产品通过压缩机压缩到150kg/cm2装到钢瓶或其他高压容器中，到白天的时候，减压到客户需要的压力送出。