煤制甲醇過(guò)程中的空氣深冷分離

劉凡石

摘 要：隨著我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)的迅猛式發(fā)展，國(guó)內(nèi)工業(yè)對(duì)于甲醇等的需求量正日益提高著，而煤制甲醇工藝又離不開(kāi)氮?dú)庖约把鯕?。本文中詳?xì)介紹了三種不同的空氣分離法以及煤制甲醇的過(guò)程中的一系列工藝流程以及所要采用的空氣深冷分離法。

關(guān)鍵詞：煤制甲醇 空氣深冷分離

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（c）-0097-01

空氣分離最基本的就是將空氣中的氧氣、氮?dú)?、氬氣進(jìn)行分離，并且為主裝置來(lái)提供氬氣、氙氣以及高純度的氧氣、氮?dú)獾认∮袣怏w。因?yàn)槲覈?guó)目前在很大程度的生產(chǎn)氧氣、氮?dú)獾囊夯a(chǎn)品，尤其是在高純度產(chǎn)品中的各種低溫分離法方面上都有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這些都是不可替代的，但是只有低溫分離法用氬氣，并且還要在同一時(shí)間之內(nèi)產(chǎn)生其他氣體相關(guān)產(chǎn)品的能力，因此在空分行業(yè)應(yīng)用低溫法中占據(jù)著非常之重要的地位。

1 空氣分離的方法

空氣分離法的方法可以分為這幾種，他們分別是：膜分離法、吸附法，以及低溫探冷分離法。這其中膜分離法及吸附法又可以被稱(chēng)為非低溫空氣分離法。

1.1 低溫深冷法

低溫探冷法指的就是先將空氣壓縮之后膨脹，最后達(dá)到液化的效果，之后在精餾塔里利用氮、氧沸點(diǎn)不同，使用精餾法去分離又是兩個(gè)過(guò)程，分別是液化及精餾，是深冷及精餾的統(tǒng)一，上塔主要就是分離，而下塔則主要是液化及初步分離，同時(shí)低溫探冷法可以利用氧氣的沸點(diǎn)與氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同之處，從對(duì)氧氣、氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)相分離。尤其是在高壓低溫的環(huán)境中，可以將空氣液化，之后在按照氧氣的沸點(diǎn)與氮?dú)獾姆悬c(diǎn)不同，在精餾塔中經(jīng)過(guò)精餾傳熱傳質(zhì)，來(lái)分離液態(tài)空氣中的氧氣與氮?dú)獾某煞郑瑥亩鴮?shí)現(xiàn)了氧氣氮?dú)猱a(chǎn)品的分離。這也是目前應(yīng)用得最為廣泛的一種空氣分離法。其中最大的有點(diǎn)就是產(chǎn)品質(zhì)量和純度都很高，更重要的是種類(lèi)也非常多。

1.2 吸附法

利用固體吸附劑對(duì)于氣體混合物之中一些組分吸附能力的不同及差異從而進(jìn)行的。首先，變壓吸附來(lái)制氧，利用PU-8型分子篩；其次，變壓吸附來(lái)制氧，并專(zhuān)用分子篩。這種工藝同其他同類(lèi)工藝比起來(lái)有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)就是，能耗和投資都很小，并且方便。而其缺點(diǎn)就是，再生時(shí)能量有所損耗，并且其產(chǎn)量較小，純度也不夠。

1.3 膜分離法

利用有機(jī)聚合膜對(duì)于氣體混合物選擇滲透性。穿透膜速度比之N2大約快了有四到五倍，但是這種分離法的生產(chǎn)能力相對(duì)來(lái)說(shuō)更加低，純度也更加低。根據(jù)相關(guān)資料顯示，氧氣純度大約是25%～35%。

2 煤制甲醇中空氣深冷分離

煤質(zhì)甲醇其一大基礎(chǔ)就是煤氣化，如果要進(jìn)行煤氣化，就要對(duì)氧氣機(jī)、水蒸氣與煤中的炭來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，也就是水煤氣反應(yīng)，通過(guò)水煤氣反應(yīng)得到一氧化碳及氫氣，這樣一來(lái)就決定了煤質(zhì)甲醇的發(fā)展絕對(duì)是離不開(kāi)氧氣的。氮?dú)鈩t是作為一種保護(hù)氣體來(lái)用于置換、密封、煤粉輸送及干燥。由于需要氧和氮產(chǎn)品，并且用量極大，煤化工等行業(yè)只能夠使用空氣深冷分離的方法?？諝馍罾浞蛛x法就是利用空氣里各個(gè)組分其沸點(diǎn)之間的差異，并在低溫下面把空氣液化之后再通過(guò)精餾來(lái)分離出氬、氮和氧等組分。

空氣深冷分離法其工藝流程一般來(lái)說(shuō)是由五個(gè)部分組成的，他們分別是：空氣壓縮、膨脹制冷；空氣中水分、雜質(zhì)等凈化；空氣經(jīng)換熱后冷卻、液化；空氣精餾、分離；低溫產(chǎn)品的冷量回收及壓縮。

空氣壓縮和膨脹制冷就是原料空氣經(jīng)過(guò)空氣的過(guò)濾系統(tǒng)之后，去除了灰塵及機(jī)械雜質(zhì)。過(guò)濾之后空氣會(huì)由多級(jí)壓縮機(jī)不斷壓縮到所需要的壓力。壓縮空氣之后在直接地接觸之后冷卻塔，也可以被稱(chēng)為空冷塔里以對(duì)流的形式被低溫冷凍水及循環(huán)冷卻水分段冷卻。在空冷塔的底部，空氣會(huì)被循環(huán)冷卻水進(jìn)行預(yù)冷，在頂部的空氣會(huì)被冷凍水更進(jìn)一步地冷卻。空氣離開(kāi)了循環(huán)水站溫度愈低，對(duì)于下游空氣的吸附單元負(fù)荷就愈加小?？諝庵猩倭康幕瘜W(xué)雜志也會(huì)被冷卻水所吸收。在循環(huán)水站的頂部設(shè)置了又除沫器來(lái)除去空氣之中的水霧。

空氣之中的水分及雜質(zhì)等凈化，也就是壓縮空氣經(jīng)過(guò)吸附器的時(shí)候，水、二氧化碳、氮氧化合物以及大部分的碳?xì)浠衔锒紝⒈晃?。其中吸附器中的間隔循環(huán)，則是一個(gè)吸附器去吸附雜志的；另一個(gè)則是進(jìn)行被再生用的。吸附與再生這個(gè)過(guò)程則是按照順序來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制的，且保證相關(guān)的裝置可以連續(xù)的運(yùn)行。而吸附器的再生則是利用了冷箱中的污氮進(jìn)行的，其中再生的環(huán)節(jié)則是將吸附器和吸附流程相互隔離，再生氣體上也防空。同時(shí)，與吸附流程相隔離的吸附器來(lái)做卸壓，這之后在經(jīng)過(guò)再生蒸汽加熱器所加熱產(chǎn)生的低壓污氮來(lái)進(jìn)行再生，緊接著在利用再生的氣加熱器中的旁路來(lái)對(duì)冷低溫氮?dú)膺M(jìn)行吸附器的冷卻，然后在采用吸附之后的空氣來(lái)對(duì)吸附器進(jìn)行升壓，最后在返回吸附流程當(dāng)中。再生循環(huán)最主要是由以下幾個(gè)部分組成的，他們分別是：加熱、冷卻、增壓和加壓。

空氣經(jīng)過(guò)換熱冷卻之后，液化出純化裝置的潔凈空氣其實(shí)是分成三股的。其中大部分的經(jīng)純化裝置潔凈空氣在換熱器里污氮及氮?dú)饫鋮s之后已經(jīng)接近到露點(diǎn)，再進(jìn)入到高壓精餾設(shè)備中去。于此同時(shí)，第二部分的空氣則是從純化裝置中直接進(jìn)入到低壓增壓段去進(jìn)行增壓再一步步被送到低壓精餾設(shè)備中。而第三部分則是去多級(jí)冷卻空氣增壓機(jī)中里進(jìn)行增壓，最后分別進(jìn)入到高壓精餾設(shè)備和低壓精餾設(shè)備中去。

空氣進(jìn)行精餾與分離，則是運(yùn)用高壓精餾的設(shè)備對(duì)空氣進(jìn)行分離的，在高壓精餾塔中的頂部得到了氮?dú)?，其底部則得到了粗液氧。而粗液氧在經(jīng)過(guò)加壓節(jié)流的環(huán)節(jié)之后，將會(huì)被導(dǎo)入到氬精餾設(shè)備頂部的冷凝罐中，這時(shí)在高壓精餾塔頂部得到的那部分氮?dú)鈱⒃谡舭l(fā)冷凝器中與低壓精餾設(shè)備底部中的液化氧氣進(jìn)行換熱，這其中的氮?dú)鈺?huì)被冷凝，而液化氧則會(huì)被蒸發(fā)掉。冷凝之后的液化氮經(jīng)過(guò)主換熱器的過(guò)冷之后的部分就會(huì)被最為液氧產(chǎn)品再進(jìn)入到液氧儲(chǔ)罐中，另外一部分沒(méi)有進(jìn)入到液氧儲(chǔ)罐的則會(huì)經(jīng)節(jié)流減壓之后再進(jìn)入低壓精餾設(shè)備中作為回流液。這一系列過(guò)程之后剩余的液化氮會(huì)進(jìn)入到高壓精餾設(shè)備的頂部來(lái)作為回流液。而高壓精餾設(shè)備頂部的那部分氮?dú)鈩t會(huì)直接從設(shè)備內(nèi)部被抽出去，經(jīng)主換熱器復(fù)熱之后再作為低壓氮?dú)猱a(chǎn)品。于此同時(shí)，高壓精餾設(shè)備中部還會(huì)抽出一些液體，經(jīng)過(guò)節(jié)流減壓之后被送至低壓精餾設(shè)備的頂部來(lái)作為回流液。

3 結(jié)語(yǔ)

基于上文中種種敘述，空分分離法可以分為非低溫及低溫兩種，這其中非低溫空氣分離法又包括了吸附劑膜分離法。而吸附和膜分離法又有許多的工藝流程，本文中對(duì)于這些都有詳細(xì)的介紹。

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