简析空分装置工艺技术路线分析及比选

　 简析空分装置工艺技术路线分析及比选

　摘 要：文章首先对分离技术进行分析，分别介绍了低温法、吸附法以及膜分离法等，对空分装置工艺技术路线的选择进行探讨，无论是液态产品的工艺选择，还是气态产品的工艺选择，都要根据产品的实际需求进行选择。

　　关键词：空分装置；工艺技术；技术路线；分析；选择

　1 引言

　空分装置是利用深度冷冻的方式，对空气中O2、N2以及其他稀有气体等，按照气体的沸点的区别而进行逐个分离的装置。随着现代科学技术的进步和发展，空分技术在一定程度上实现从高能耗向节能环保的过渡，而且分子筛系统、预冷系统、分馏塔上塔以及膨胀机系统都有比较好的发展趋势。本文对有关空分装置工艺技术路线的分析及比选进行研究和探讨，不足之处，敬请指正。

　　2 分离技术分析

　2.1 低温法

　低温法首先是把空气进行压缩，使其膨胀降温，最后空气被液化，然后利用氧气、氮气的气化温度的区别，氧气的沸点是90K，氮的沸点是77K，沸点较低的氮气和氧气相比较而言更加容易被气化，在精馏塔内和温度较高的蒸气相互接触，液体中氮气被蒸发，气体中液氧被冷凝，使得上升蒸汽中含氮量提升，下流液体中含氧量增大，以此实现空气分离的目的。让空气液化，其要求是要把空气冷却到100K之下，我们把这种方法称之为深度冷冻；通过沸点差把液空进行分离，我们称之为精馏过程，而低温分离法就是结合了深度冷冻和精馏过程，是现阶段应用较为广泛的空气分离方法。

　　除此之外，现阶段我国生产的空分装置型式和种类比较多，包括生产气态氧、氮的设备，生产液态氧、氮气的设备，然而就低温分离法来说，我们可以把其基本流程分为四个方面，也就是高压、中压、高低压以及全低压流程。

　　2.2 吸附法

　吸附分离法就是利用某种特殊物质，让空气吸附，通过分子筛的吸附塔，对具有不同吸附特点的空气进行分离，比如有些分析筛5A、13X等，对于氮气具有很强的吸附能力，仅仅让氧气分子通过吸附塔，从而得到了较高纯度的氧气；有的分子筛，比如说碳分子筛，对于氧气有较高的吸附能力，那么可以得到较高纯度的氮分子。然而，吸附剂的吸附容量是有一定限度的，如果吸附某种分子饱和之后，就暂时失去了继续吸附的能力，那么必须有一个物质驱赶的过程，使其恢复吸附能力才能继续发挥作用，这个过程叫做“再生”，所有为了确保连续供气，必须准备两个以上的吸附塔，再生的方法可以采用加热升温的方法或者降低压力的方法。以上两种方法流程较为简单，操作起来也比较方便，运行成本不高，然而要获得高纯度的产品还存在较高的难度，产品氧的纯度要求高于93%。而且这些装置仅仅适用于小容量分离装置。

　　2.3 膜分离法

　膜分离法是通过对一些有机聚合物进行渗透选择，在空气通过薄膜时，氧气穿透薄膜的速度较快，是氮气穿透薄膜的5倍，以此实现了氧气和氮气的分离。膜分离法具有操作简单、设备启动速度快、投资较少的优点，然而富氧浓度适宜在30%左右，规模也不大，适合于中小型设备，因此现阶段仅仅适用于富氧燃烧和医疗保健的方面。

　　3 空分装置工艺技术路线的选择

　利用空气分离装置工作原理的区别以及工艺特点，能够指导我们在基于客户需求的前提下进行经济、稳定、可靠的工艺流程。那么，我们针对空分设备的具体特点，文章对空分装置工艺技术路线的选择进行分析，提出些看法。

　　3.1 液态产品的工艺选择

　空分装置的工艺流程，首先是对客户的需求进行确定，利用上文中讲过空分工艺工作原理的区别，对其流程进行分析，我们可以得知非低温精馏空分装置是在低压常温下进行的，利用分子筛和选择性渗透膜得知，氧气沸点为90K，氮气沸点为77K，所有采用非低温精馏工艺在一般温度下是无法获取产品的，仅仅在低温精馏空气分离工艺才可以。全低压空分内压缩和外压缩工艺都可以获取液态产品，然而液态产品的提取量对于设备能耗的影响不小，所有需要按照液态产品的提取量进行空分装置设备的选择，一般情况下液态产品的产量如果高于8%气氧的产量，则选择全低压内压缩工艺，这是较为合理的选择；反之，则选用全低压外压缩工艺。

　　3.2 气态产品的工艺选择

　3.2.1 双高产品对工艺流程的要求

　非低温精馏工艺受到自身工艺技术的限制，无法获取双高产品，也即是纯度较高的氧、氮产品，当变压吸附和膜渗透分离工艺，由于吸附剂和分子膜的区别，仅仅吸附和分离特定产品，无法同时获取双高产品，那么必须选择全低压空分低温双塔精馏工艺。

　　3.2.2 产品产量对工艺流程的要求

　空分装置如果生产的产品较为单一，那么变压吸附、膜渗透分离以及低温精馏工艺都可以满足其需求，然而由于受到本身技术工艺的限制，变压吸附和膜渗透分离工艺的产品纯度和生产率存在一定的矛盾，所有无法大量制取。现阶段，较为常见的变压吸附和膜渗透分离工艺法进行氧、氮产品的制取，其产量一般不会高于5000Nm3/h，产品的纯度在95%～100%之间。

　　全低压低温精馏空分技术路线属于较为传统的生产工艺，许多大中小型空分装置都得到应用。然而随着变压吸附和膜渗透分离技术工艺的不断发展，小型制氧、氮装置也有了较大的发展前景。实际上，工艺技术路线的区别，主要是针对产品产品以及质量的具体要求，都有其各自的工艺特点。对于如何选择技术工艺，则按照对装置设备的需求不同进行选择。然而，在现阶段氧、氮产品产量高于5000Nm3/h的大中型空分装置，均是采用全低压低温精馏工艺，这是变压吸附和膜渗透分离工艺无法取代的。

　　3.2.3 操作方式对工艺流程的要求

　小型空分装置，包括变压吸附、膜渗透分离以及低温精馏工艺都可采用。假如用户对产品的需求是不连续的，或者具有较大的波动，则可以采用非低温精馏工艺，因为其具有较好的经济型。其主要特点是可按照不同的要求进行生产，操作起来较为灵活，可在负荷调整范围较为广泛，而且设备启动时间较短，开机后在很短时间即可获得所需产品。所以，非持续性生产工艺，比较适合采用非低温精馏工艺。同时，低温精馏工艺的流程比较繁琐，操作难度也较大，设备启动时间也较长，因此还是适合于连续生产。

　　3.2.4 大型空分输出产品对工艺流程的要求

　全低压空分工艺技术比较成熟，而且装置设备运行稳定可靠，能够生产出双高产品，因此在许多行业都得到广泛应用。然而，大型空分装置主要被应用于石油、化工以及炼钢冶金等行业。全低压空分装置设备采用全低压内压缩和外压缩工艺。以上两种工艺都是为确保对氧产品压力具体要求的区别，对设备安全性、稳定可靠性以及经济性进行综合考虑。

　　4 结束语

　综上所述，利用对现阶段空分技术的现状进行分析，对国内外广泛应用的空分技术进行比较，空分技术在工艺流程方面和设备选择方面都有较好的发展，低能耗、高效能以及安全生产的空分装置依然是市场的主要选择。文章对有关空分装置工艺技术路线进行分析和比较，以期对于空分装置工艺技术路线选择，提供一定的理论指导。

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