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1、简析空分装置工艺技术路线的分析及比选摘 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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。参考文献1李波，李林.空分装置全面加温方法的改进J.中氮肥，2009（03）.2李功兴.KEON-170/550型空分装置在浮法玻璃生产中的应用J.玻璃，2011（01）.3乔丽娟.影响空分装置生产负荷的原因分析J.河南化工，2005（09）.4王凯.空分装置中的调节阀选型J.通用机械，2010（03）.5赵小莹.节能型两万空分设备的研制J.通用机械，2009（09）.6代红坤.制氧系统空分装置的选型J.有色冶炼，2003（05）.7雷英民.空分装置运行事故及改造J.大氮肥，2009（02）.
