空分装置在合成氨厂的技术改造

空分装置在合成氨厂的技术改造

侯轶文

32070319****210512，江苏 连云港 222000

摘要：论述空分装置对合成氨生产工艺的重要性及技术改造的必要性。在对原有空分装置进行分析的基础上，有针对性地提出技术改造方案，旨在提高空分装置效益，从而促进合成氨整体生产效益的提高。改造涉及预冷系统、纯化系统、制冷与精馏系统以及氩气系统的优化升级。这些改造措施的实施可以使合成氨厂降低能耗、改善产品质量，提高市场竞争力。

关键词：空分装置；合成氨；技术改造；效率提升

引言

在化工行业飞速发展的今天，合成氨这一重要化工原料的生产效率与质量对企业经济效益与市场竞争力起着关键性作用。空分装置是合成氨生产工艺中至关重要的一环，空分装置性能的好坏直接关系着后续工艺的稳定及产品质量。所以，对空分装置进行技术改造以促进其运行效率及稳定性就成了合成氨厂目前的一项重要任务。

一、空分装置在合成氨生产中的重要性

空分装置作为合成氨生产的核心设备，主要作用在于分离原料空气，以获得生产需要的高纯度氧气、氮气及氩气[1]。这些气体对合成氨生产有重要影响。如在气化炉内利用氧气进行燃烧反应以提供所需热量；氮气被视为合成氨的关键原料之一，并参与了氨的合成过程。所以，空分装置性能的好坏直接关系着合成氨的生产效率及产品质量。

二、空分装置技术改造的必要性

在科学技术不断进步，市场竞争日益激烈的情况下，传统空分装置已很难适应现代合成氨高效、环保的生产要求。一方面老旧空分装置耗能大、效率低下，对企业节能减排及成本控制不利；另一方面，由于合成氨产品市场质量要求越来越高，传统空分装置气体纯度及稳定性受到很大限制。所以，空分装置的技术改造和性能的升级已是合成氨厂急需解决的问题。

三、空分装置技术改造方案

（一）预冷系统的改造

预冷系统是空分装置中的第一个环节，对气体分离起着关键作用。传统预冷系统虽然可以满足基本冷却需求，但是效率与能耗问题还有待改善。所以，对预冷系统进行全面的技术改造不仅有利于空分装置整体性能的改善，而且可明显降低运行成本。第一，为了提高冷却效率可引进先进热交换技术。对热交换器设计进行了改进，以增加换热面积和优化流体动力学特性，提高冷却效率。另外，使用创新的冷却介质，如选用具有出色热传导特性的液体，也能有效地增强冷却的效果。第二，能耗控制方面，通过智能化控制系统可达到精准调节的目的。安装温度传感器及流量控制器对预冷系统运行状况进行实时监控，根据实际需要对冷却水流量及温度进行自动调节。该智能化能耗管理方式既可以减少能源消耗又可以保证预冷系统的稳定运行。第三，预冷系统设备的更新是整个改造过程中至关重要的环节。建议选择效率更高、能耗更低的水泵和风机，以替代那些老旧和效率不高的设备。同时，加强对设备的维护与保养，定期对磨损部件进行检查与更换，延长其使用寿命，使其性能处于最佳状态。第四，安全性在预冷系统改造过程中是一个不容忽视的问题。要加强系统安全防护，如安装压力传感器、报警装置等，及时发现可能存在的隐患要并处理。

（二）纯化系统的改造

在空分装置中纯化系统担负着除去原料空气杂质、保证气体纯度的重任[2]。在工业技术不断进步的背景下，传统纯化系统逐渐显露出吸附效率低、容量受限等缺点，所以，纯化系统的技术改造势在必行。可使用新型吸附剂材料来提高吸附效率，这类材料一般比表面积大、吸附容量大，能更高效地除去空气中的水分、二氧化碳及其他杂质。同时，对吸附塔进行了优化设计，加大吸附剂和空气之间的接触面积，进一步提升吸附效率。纯化系统工艺流程也需要优化。可引进多级吸附技术并采用若干吸附塔串联的方式达到深度去除杂质的目的。另外，变温吸附或者变压吸附等先进技术的应用，可根据杂质特性灵活地调节操作条件以改善纯化效果。在智能化管理方面，可引入自动化控制系统对吸附塔工作状况进行实时监控和调节。通过传感器及数据分析技术实现纯化过程的精准控制，以保证气体纯度符合预设的标准。该智能化管理方式在提高操作便捷性的同时，能够及时发现和处理异常，保证纯化系统稳定工作。

（三）制冷与精馏系统的改造

制冷与精馏系统作为空分装置的核心技术环节，其性能好坏直接影响着产品纯度及生产效率[3]。随着技术的不断进步及市场需求的改变，制冷及精馏系统的技术改造已经成为增强空分装置竞争力的关键。就制冷系统而言，常规制冷技术尽管工艺成熟但是能耗大、效率不高，引入新制冷剂已成为一种有效解决途径。以山东省鲁西化工合成氨厂为例，该公司在制冷系统上进行改造，用HFO-1234yf代替常规R22制冷剂。该新型制冷剂不但具有优良的环保性能，而且实现超低温的同时还能够保持有效制冷能力。改造后制冷系统在制冷效率显著提高的情况下能耗显著下降。所以，优化制冷剂选择是制冷系统技改的重要方向。这些改进措施既降低了能耗又提高了制冷效率，确保了空分装置在低温环境中的稳定工作。对精馏系统而言，提高产品纯度及分离效率，是其改造关键。第一，可以对精馏塔内部结构进行优化，例如，增加塔板数以及改善填料方式来提高气液传质效率以及分离效果。第二，通过引进先进控制系统对精馏过程的温度、压力、回流比等操作参数进行实时监控与调节，保证精馏过程稳定可控。第三，智能化、自动化技术的应用也是制冷、精馏系统改造的一个重要发展方向。通过安装传感器与执行器实现对系统整体的实时监测与自动调节。该智能化管理方式能够显著提升生产效率、减少人工操作成本、保证产品质量稳定。第四，在制冷和精馏系统的改造过程中，安全性问题也必须予以考虑。改造期间要严格按照相关安全规范、标准进行，保证系统安全、可靠地运行。

（四）氩气系统的改造

氩气系统是空分装置的一个重要组成部分，其主要应用于高纯度氩气产品的制造。但传统氩气系统通常纯度不高、回收率低、能耗大。所以，氩气系统的技术改造显得尤为重要。第一，对于氩气纯度较低的情况，可采取较先进的分离技术。如引进高效精馏塔及填料方式以改善气液传质效率及分离效果。第二，回收率上，对氩气回收流程及装置进行改进可达到较高效率。如对冷凝器、蒸发器等进行优化设计以提高热交换效率，降低氩气流失。另外，可引进智能化控制系统对回收过程的关键参数进行实时监控和调节，以保证最大限度提高回收率。第三，对于能耗大的情况，可在多方面加以改进。一是选用高效节能设备，如采用新型压缩机和真空泵，以减少设备工作时耗能。二是对工艺流程及操作参数进行了优化，降低不必要的能源消耗，如合理调节氩塔进料量和回流比，以实现能耗和产品质量的平衡。

四、技术改造的预期效果

空分装置全面技术改造后，合成氨厂的生产效率及产品质量可明显提高。改造空分装置一方面可以提供更加稳定、纯度更高的氧气、氮气、氩气等原料气体，对后续合成氨的生产起到强有力的保障作用；另一方面通过优化设计、引进先进控制系统等措施可降低空分装置能耗及运行成本，增加企业经济效益及市场竞争力。

五、结束语

对空分装置进行技术改造，是合成氨厂促进生产效率提高、产品质量改善的一个重要手段。通过采取针对性的改造措施、运用先进控制技术，可显著提升空分装置运行效率及稳定性，从而为合成氨厂的可持续发展打下坚实的基础。随着技术的不断进步以及市场需求的不断变化，合成氨厂要继续关注空分装置技术的创新与发展趋势，才能适应不断变化的市场环境。

参考文献：

[1]刘明哲,王欣荣,毛红峰.350kt/a合成氨配套39×10~3m~3/h空分的优化选择[J].化工生产与技术,2022,28(03).

[2]陈合；李伟.空分装置的操作优化浅析[J].当代化工研究,2017.

[3]付永兴,李建伟.空分装置增氮改造方案的研发与应用[J].低温与特气,2023,41.