前言
当前我国空分行业已经步入高速发展期，随着2002年德州4万等级化工型内压缩空分设备，2007年永城5万等级化工型内压缩空分设备的突破，6万等级国产具有自主知识产权的空分设备也相继在杭氧和开空诞生， 如今8到10万，甚至12万等级空分设备正成为广大空分设计人员的研究课题。
开封空分集团于2012年5月成功同国内著名气体运营商盈德气体公司签订了六万等级空分设备的合同，使得我国气体分离行业迈上了一个更新的台阶，标志着6万等级空分设备国产化又一次取得了实质进展，并为国产空分设备进军特大型空分设备打下了基础，在我国空分设备的发展历史当中具有里程碑式的意义。
1.6万等级空分设备工艺流程
1.1产品规格
注： 1、液态产品为折合气态后的数据。Nm3/h是指在0℃，101.325Kpa状态下的体积流量。
2、如无特殊说明，压力均指表压。
3、氮气II为预留产品，设计水冷塔时需要考虑：情况1，26000Nm3/h氮气进入水冷塔；情况2，只有7000Nm3/h去水冷塔。
1.2.工艺流程图
本制氧设备是一套采用填料塔、液体泵内压缩和前段预净化流程的制氧装置。即采用常温分子筛预净化，空气增压透平膨胀机提供装置所需冷量，空气增压膨胀，双塔精馏，液氧泵内压缩流程，同时设有全精馏无氢制氩系统。
1.3工艺流程的组织
1.3.1空分流程中的增压机采用不中抽，一压到底的机型，这种机组的机型更加成熟，效率也略高，空分设备的产液范围更大，可以到25%。但是受到膨胀机增压端与膨胀端不均衡，在运行过程当中不太好控制增压端得高压空气的量及压力，不及中抽流程好控制。
1.3.2下塔采用填料塔，这样将导致下塔比筛板塔高度高5米左右，为了避免下塔液体无法进入上塔，将上塔分两段，采用循环液氧泵连接两塔，液空去粗氩塔冷凝器则是设置充气阀，将液体密度大大降低，使其有足够的压力头进入粗氩塔冷凝器.
1.3.3在常规流程中，由于高压液空节流造成部分液体汽化，同时一部分制冷潜力未利用，本流程中采用液体膨胀机（发电）代替节流阀，膨胀后液体几乎无汽化，与高压节流阀（有汽化）相比节省能耗1.8%。
1.3.4与一般流程相比而言，本流程中从下塔抽一股污液氮去上塔，这样可以增大上塔上段回流比，这样可以提高氩的提取率，其原因是在常规制氩空分当中，液空与氩气气液互换，使得原来上塔上段（不提取氩气时）回流比变差，抽取污液氮去上塔上部，使得上塔上部的回流液增加，从而有利于提氩。
1.3.5不凝气体和调节氩气的氧气排入污氮总管，这样减少量冷量浪费。同时液氧泵进口设置气动蝶阀，如果出现安全事故，及时切断液氧。
1.3.6设置膨胀机气源进冷箱调节管路，采用将膨胀空气进高压主换短路的方式，防止高压换热器设计不准确，进膨胀机的气体出口温度低而大量带液，致使膨胀机无法正常运行。
2. 流程设计的特点
本装置采用液氧泵内压缩空气膨胀流程，即采用增压空压机+液体泵+空气增压透平膨胀机并通过换热器系统的合理组织来取代外压流程氧压机。针对用户用氧压力高，装置规模大的特点，选择这一流程是最安全可靠的，同时也是经济合理的，其主要原因有：
2.1 安全性好
内压缩流程取消了氧压机，减少由于氧压机带来的安全隐患。主冷大量抽取液氧，保证碳氢化合物的积聚可能性降到最低程度。产品液氧在高压下蒸发，使烃类物质积累的可能性大大降低。
2.2可靠性高
低温液体泵，采用进口名牌产品，一用一备，一台工作另一台低速运转作备用，若运行泵出现故障，则备用泵在15~20秒种内自动达到工作负荷。高压板式换热器采用国外著名公司制造的进口产品。
2.3 操作维护方便
液体泵操作方便，维修工作量极少。
2.4 投资成本低，配置更合理
氧压机则需要有足够多的安全距离，占地面积大，且基建费用高。
3.成套空分设备特点
3.1空气过滤器系统：
自洁式空气过滤器设有自动控制系统，可以自动定时反吹，并可以根据过滤器阻力大小调整程序。
3.2预冷系统：
3.2.1 空冷塔
采用直接接触空冷塔，降低空气温度，改善分子筛的工作环境，同时洗涤空气中的机械杂质和酸性气体。采用高效低阻散堆填料塔，既保证了塔的换热性能，又减少了阻力，降低了空压机出口压力，从而降低了能耗。液体分布装置采用开封空分集团集团独家拥有新型、高效、先进的分布器,，使水与空气充分的接触，保证塔的换热性能，减少冷冻水量，从而降低了能耗。采用三位一体防带水结构：分布器采用开封空分集团独家拥有的结构，使液体分布更加均匀，而气体通量在50%以上，大大降低了带水可能性；分布器上端设有两段自由分离游离水空间；在顶部设有丝网除雾器，确保空气出空冷塔不带水。
3.2.2水冷塔
水冷塔采用高效规整填料塔，充分回收氮气、污氮的冷量。采用三位一体防带水结构（同空冷塔）。
3.2.3冷冻水泵、冷却水泵采用国内可靠产品，且均为一用一备，保证装置的可靠性。
3.2.4 冷水机组采用合资产品，性能可靠。
3.3纯化系统：
3.3.1分子筛吸附系统：采用长周期，双层床净化，切换系统采用无冲击切换控制技术，作用是吸附空气中的水份、二氧化碳、乙炔、丙稀、丙烷、重烃、N2O等杂。
3.3.2 分子筛纯化系统采用长周期设计，即单个吸附器吸附时间为4小时，从而使分子筛及阀门使用寿命延长，切换损失减小，同时减少因切换引起的压力波动次数，保持主塔工况稳定，对于空冷系统带水冷塔的流程，采用长周期设计可以减少再生污氮量，这样更有利于空冷系统的工作，使二者之间形成良好的匹配，彼此良性循环，使二个系统保持长期可靠稳定运行。
分子筛吸附器采用双层床结构（活性氧化铝+分子筛）底层活性氧化铝床层可有效地保护分子筛，延长分子筛使用寿命，同时采用双层床也使吸附器再生阻力下降，再生温度降低，节约了再生能耗。
3.3.3 切换系统采用无冲击切换
切换阀带调速器，保证阀门开关缓慢，速度均匀。均压阀采用分程控制，保证充气过程平稳。污氮放空阀采用预开方式，防止上塔“憋压”。切换系统采用DCS自动控制，并设有压力；压差自动判断，再配合阀位返馈信号。条件，可充分保证切换系统的可靠性。均压采用正反流；流通能力相近的且具备良好调节性能的阀门，保证装置再生过程中工况的相对稳定。
3.4分馏塔系统
整套工艺流程计算采用国际先进的ASPEN和HYSYS软件模拟计算，该软件经开封空分集团技术人员将百余套国内外运行稳定的参数回归处理，来保证模拟计算结果与实际运行的参数吻合。下塔与上塔以及粗氩塔，精氩塔均采用规整填料，提高效率，降低空压机排压，提高装置提取率，降低能耗。 膨胀机采用增压透平膨胀机，降低能耗，提高可靠性，同时应用液体膨胀机，节省能耗。
3.5 控制系统
公司拥有多年DCS系统组态和操作经验，结合选用国际先进的DCS系统、调节阀、在线分析仪等测控组件，除了确保空分装置的正常运行外，还可以在装置出现事故停车时提供以下保护措施：
所有控制阀门的故障位置处于一个安全的位置，保证设备安全。
4.空分设计的工艺安全
4.1 空分装置设计安全方面对当地空气环境的考虑
大气中二氧化硫、氧化氮、氯化氢、氯、氨等杂质经空冷塔后被水洗涤，而硫化氢、一氧化氮不能被水洗涤清除，但能被分子筛吸附。空气中的水分、乙炔、二氧化碳、丙烯、丁烷、丁烯被活性氧化铝、分子筛吸附，然后随再生气解析放空到大气中。甲烷、乙烷、乙烯要随空气进入冷箱，为保证设备的安全性，应定期排放一定比例的液氧（一般为氧气产量的1%）。 根据空分设备工艺要求，在常温分子筛吸附器出口设置CO2分析仪监控，经过大量实验和多年的设计经验，一般控制该处CO2量在1×10-6V/V，即在这种情况下，水分、氧化亚氮等有害杂质都能被清除干净，空分设备的运行是安全的。一旦CO2量≥1×10-6V/V，应分析、查找原因，或缩短分子筛吸附周期。
4.2 空分装置设计安全方面对采用内压缩工艺的考滤
液氧泵内压缩流程由于增加了主冷液氧的取出，对主冷有稀释作用，增加了主冷的安全。产品液氧在高压下蒸发，使烃类物质积累的可能性大大降低。合理选取气氧、液氧、尤其是高压气氧的流速，使之低于国标和国际相关规范要求。对高压差节流阀选择合理的阀门结构，提高阀门使用寿命，减少管系振动。
4.3 空分装置设计安全方面对空气入口的考虑
为了防止有害杂质进入原料空气，原料空气的入口应考虑工厂尾气，城市污染气的上风口，并兼顾一年各季节的影响。
4.4 空分装置设计安全方面对主冷安全的考虑：
主冷安全是空分装置的安全重点，开封空分集团主要从以下几方面解决：
4.4.1流程设计考虑尽可能减少原料有害杂质进入主冷。
4.4.2设主冷接地结构，防止静电。
4.4.3在主冷结构上进行攻关，上世纪八十年代开空集团在主冷板束方面成功开发出独特的防爆结构，防止CnHm和NO2等杂质的翅片中的积聚，这一结构已应用近二十年，开空集团的主冷均未发生爆炸或微爆现象。
4.4.4在操作上制定严格的安全操作规范：对主冷操作液面和碳氢化合物的控制均有严格规定，对主冷凝蒸发器液氧中的碳氢化合物进行监测，一般在总碳量超过100×10-6V/V时，应及时增加液氧排放量，此时，操作人员应增加制冷量（增加膨胀空气），或减少其它液体产量（例如液氮），以增加液氧量。
