兖矿国宏化工有限责任公司利用高硫煤生产50万t/a甲醇装置的水煤浆气化炉，所用的氧气由2套川空设计制造的KDONAr-30000/15000/1100型空分装置负责提供，同时2套空分装置还肩负着供应氮气和仪表空气的重任。2套装置采用目前较先进的液氧内压缩全精馏无氢制氩技术，单套设计供氧量28 km3/h，供氮气量15 km3/h，其中液氧2.857 t/h、液氮1.25 t/h、液氩1.964 t/h。
随着企业的发展，原来2套装置供氧量已不能满足系统要求，分析其原因具体如下。
1.氧气提取率低。随着进塔气量增加，氧气提取率呈下降趋势，最高只能达到85%。随着装置供氧气量的增加，主换热器热交换不完全冷量损失增大，主精馏塔主冷液面较低，当分子筛充压时，主冷液面呈持续下降。系统冷量不足以使空气得到有效分离，污氮气中含氧量升高。同时主冷液面过低导致系统精馏工况紊乱，氧气纯度下降，进而影响氩气系统工况，反过来影响氧气提取率。原设计中，我公司2套空分的外送氧气纯度为99.6%，而实际运行中氧气纯度平均控制在99.8%。
2.随着系统的长周期运行，自洁式空气过滤器入口阻力逐渐增大，遇到大雾或者阴雨天气，吸入阻力最大能达到2000 Pa。
3.系统冷量损失主要来自主换热器热交换不完全，热端温差大（达到15 ℃），冷量损失很大；裸冷查漏不彻底，系统存在泄漏损失；冷箱珠光砂填充量少，保温效果差；液体产量多，冷量损失。冷量不足的另外一个很重要的原因是：膨胀机的制冷量不足以弥补系统的冷量损失。影响膨胀机单位制冷量的主要原因为：一是增压透平膨胀机入口压力低，受空气增压机性能影响，膨胀机增压端进气压力为2.4 MPa，未达到设计值2.69 MPa，膨胀机前后压差低是单位制冷量低的原因之一；二是膨胀机入口空气温度低，膨胀机入口温度设计为-106 ℃，实际温度为-115 ℃。所以，造成系统冷量不足的另一原因是由于主换热系统热端温差较大造成的。
公司通过技术革新、流程改造等手段提高装置的外供氧量，采取了以下3点措施。
1.优化工艺操作，提高精馏塔性能，减少污氮气中氧气含量，提高氧气提取率
提高氧气提取率，主要是降低污氮气中的氧气含量，同时努力降低氧气中的氮气、氩气等杂质气体，使氧气得到最大程度地分离、回收。通过优化氩气系统操作，提高液氩产量，最大限度地降低氧气中的氩含量，由于常压下氧气和氩气的沸点非常接近，高负荷下氧气中的杂质多为氩气，为降低氧气中的氩气含量，开好氩系统是关键。通过提高氩系统负荷，将单套空分液氩产量由原来的1 t/h提高到1.35 t/h，有效地降低了氧气中的氩含量。适当降低氧气纯度，改善精馏工况，实现氧气回收的最大化。结合后系统工况，尝试把氧气纯度降至99.5%，调整后，在进塔气量不变的前提下氧气提取率由调整前的84%提高到87%，氧气外供量由28 km3/h提高至29 km3/h。
2.增加进塔空气量
（1）通过更换自洁式过滤器滤芯，降低了空气压缩机吸入口阻力，吸入口阻力降到200 Pa，有效增加了压缩机的排气量。
（2）随着公司规模的逐步扩大以及自动化程度的逐步提高，现场多数手动阀门改成自动控制阀门，系统仪表空气需求量逐步提高，特别是锅炉布袋除灰以及输灰系统更是压缩空气的使用大户。空分装置向外供应的压缩空气多达6 km3/h，增加了空气压缩机的负担，降低了进精馏塔的空气量，因此，找到合适的替代气源可增加进塔空气量。综合考虑压缩空气用户的实际情况，把热电锅炉布袋除灰以及输灰系统用气改为大量放空的低压（0.45 MPa）氮气。同时，启用螺杆压缩机供应仪表空气，减少压缩空气使用量，用低压氮气代替或用独立压缩机供应仪表空气后，大大降低了空气压缩机的额外损耗。
（3）优化工况，降低精馏塔操作压力，减少空压机出口阻力。降低空气压缩机出口压力，在空气压缩机其他工况不变的前提下可增加压缩机的排气量。夏季气温较高的时候，空气压缩机入口导叶全开，进塔气量仍达不到设计进塔气量（159 km3/h），更谈不上制氧量达到32 km3/h以上的扩产要求。通过增大污氮气排放量，降低精馏上塔的压力，调整后的上塔压力由53 kPa降到44 kPa，下塔压力由0.485 MPa下降到0.458 MPa，有效降低了机组排气阻力，增加了进塔气量。
（4）降低循环水温度，改善空压机组机间换热效果，降低空气压缩机各级的吸入温度。我公司RIK100－4型离心式空气压缩机由陕鼓集团设计制造，空压机为水平剖分外挂悬臂蜗室结构，三段四级带中间冷却器，第一段外挂悬臂，第二、三段叶轮背靠背布置，带有可调进口导叶。根据离心式空气压缩机的性能特性，降低循环水温度，改善空压机组间换热效果，降低压缩机各级入口温度，可有效提高空气压缩机的压缩比，增加空气压缩机出口排气量。结合大系统实际运行情况，循环水温度由32 ℃降到27 ℃，各级吸入口温度平均下降4.5 ℃，有效地提高了压缩机组的压缩比，增加了排气量。
（5）提高压缩机组转速，增加进塔气量。离心式压缩机转子叶轮在原动机（汽轮机或电动机）拖动下高速转动，产生的离心力使气体排入扩压器，在叶轮入口形成相对低压区，从而使前一级叶轮输送过来的气体从叶轮入口进入叶轮，由于叶轮不断旋转，气体能够连续不断地排出去，保证了离心式空气压缩机出口排气量的连续性。根据离心式压缩机的工作原理，气体增压排出是通过高速旋转的叶轮做功实现的，因此适当增加叶轮转速可增加离心力，降低叶轮吸入口压力，使气体更易被压缩排出，增加机组整体排气量。结合我公司原动机为汽轮机的实际情况，空气压缩机转速从5865 r/min提升到6000 r/min。
通过采取以上5种措施，进塔空气量由159 km3/h增加到172 km3/h，氧气外供量逐步提高至30.7 km3/h。
3.减少冷量损失，维持精馏工况的进行，保证氧气纯度
（1）调整主换热器工况，减少系统冷量损失。随着系统的长时间运行，冷箱内珠光砂长期受震动低温等影响，部分珠光砂破碎、沉降。冷箱顶部的部分设备和管道不能完全被珠光砂覆盖，造成部分冷量损失，通过冷箱补砂，此问题得到有效解决。合理分配高低压换热器的气体流量，减少主换热系统热端温差，降低热交换不完全引起的冷量损失。通过适当增加高压空气过高压换热器量，以及降低下塔压力增加低压空气进低压换热器的流通量，主换热器的热端温差降由15 ℃降至3 ℃，有效地降低了装置的冷量损失。
（2）改善增压透平膨胀机运行状况，提高系统制冷量。我厂膨胀机设计进气量为55 km3/h，实际进气量已达到60 km3/h。针对膨胀机系统存在的问题，我们利用系统小修的机会对空气增压机以及增压膨胀机回流阀进行了检查处理，处理后增压膨胀机的入口压力增加到2.6 MPa，膨胀机制冷量得到显著提高。
（3）为保证系统冷量，必要时采用液氧回灌补充系统冷量。夏天气温较高时，压缩机吸入温度升高，加工气量降低；另外夏天时系统冷量损失较之冬天要高。为保证系统冷量充足，可以采用液氧回灌主冷、汽化外供的方式维持系统运行。根据我们的运行经验，夏天夜间温度相对较低，系统冷量略显富余，可加大液氧采出；白天温度升高后，采取液氧回灌主冷则刚好满足系统冷量需求。通过调整系统冷量，氧气提取率有所上升，装置总供氧量平均可达32 km3/h。
通过成立专门技改小组进行技术攻关，对比2套空分装置运行数据，同时兼顾到空分装置主要设备的性能，对现有空分装置进行工艺优化、采取微小改造后，取得了显著的效果，使外供氧气量最大可达到33 km3/h，使装置的性能得到充分发挥，满足了系统的需求，外供氧气量平均单套增加4 km3/h，按甲醇耗氧气850 m3/t计算，全年可增加甲醇产量逾7.4万t，为公司创造了效益，提高了行业竞争力。