化工企業(yè)空氣分離裝置工藝流程選擇

何永　席俊峰（陜西煤化能源有限公司，陜西　咸陽　713600）

化工企業(yè)空氣分離裝置工藝流程選擇

何永席俊峰（陜西煤化能源有限公司，陜西咸陽713600）

在化工企業(yè)中空氣分離裝置發(fā)揮著重要的作用，其也是化工企業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的一種配套裝置。本文簡要介紹了化工企業(yè)中常見的3種空氣分離裝置工藝流程，各化工廠應(yīng)該根據(jù)自身的實際情況我遠擇合適的空氣分離裝置工藝流程，達到降低能耗、提高經(jīng)濟效益的目的。

化工企業(yè)；空氣分離裝置；工藝流程

1　變壓吸附分離工藝

裝有分子篩的吸附塔是變壓吸附分離工藝的核心部機，在分子篩微孔中，不同組分具有不同的擴散吸附速率，從而實現(xiàn)對氮氣和氧氣的分離。如果吸附?jīng)]有達到平衡，那么在氣相中氮氣或者氧氣就會被富集，并形成相應(yīng)的產(chǎn)品氣體。然后再將壓力減小，將吸附到的雜質(zhì)和廢氣排除掉，就能實現(xiàn)再生［1］。

在變壓吸附分離裝置中具有兩個吸附塔，第一個吸附塔的作用是吸附氮氣或氧氣，另一個吸附塔的作用是脫附再生。兩個吸附塔在氣動閥門的作用下能夠交替工作，從而連續(xù)產(chǎn)生氮氣或者氧氣。氣動閥門的啟閉主要是由PLC程序控制器進行自動控制。

變壓吸附分離工藝的優(yōu)點在于運行參數(shù)穩(wěn)定、能耗低、維修便利，其大多為撬裝式組合結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作。但其缺點也非常明顯，生產(chǎn)出的氮氣或者氧氣具有較差的純度，氣體壓力較低。產(chǎn)品純度會對設(shè)備尺寸、設(shè)備能力產(chǎn)生較大的影響，這是由于變壓吸附分離工藝的規(guī)模本身較小。一般情況下變壓吸附產(chǎn)品的最小氣體壓力約為0.4MPa，最大氣體壓力約為0.8MPa，制氮純度能夠達到95%～99.9%，制氧純度能夠達到93%±2%。根據(jù)當前的國內(nèi)技術(shù)水平，單套產(chǎn)品的最大變壓吸附制氮處理量能夠達到1000Nm3/h，最大變壓吸附制氧往往難以達到500Nm3/h。當前成熟產(chǎn)品在氮純度達到或超過99.99%的情況下，制氮能力僅為600Nm3/h，在氧純度為95%～99%的情況下，制氧能力能夠達到6000Nm3/h［2］。

2　膜分離工藝

不同氣體在膜中有不同的擴散和溶解系數(shù)，以此為依據(jù)可以進行氣體分離，這也是膜分離技術(shù)的技術(shù)原理?；旌蠚怏w在膜兩側(cè)壓力和驅(qū)動力的壓力差的作用下，產(chǎn)生不同的滲透速率。二氧化碳、氫氣、水汽、氧氣具有較快的滲透速率，其會在膜的滲透側(cè)富集起來。氬氣、氮氣具有較慢的滲透速率，其會在滯留側(cè)被滯留而富集，從而實現(xiàn)混合氣體的分離。

膜分離工藝的優(yōu)點在于啟動速度快、占地面積小、能耗低、噪音小、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無人操作。膜分離設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，可以做成集裝箱式、撬裝式或者箱式，安裝起來比較便利，5～15分鐘之內(nèi)就可以將合格的產(chǎn)品氣體提供出來，具有較快的運行速率。但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，膜的質(zhì)量會直接影響膜分離設(shè)備的使用壽命。而且一旦膜發(fā)生老化，要對其進行更換或者維修比較不便。膜分離工藝的另一個缺點在于具有有限的分離能力，產(chǎn)品氣體的純度較低，氮氣產(chǎn)品的純度約為95%～99%，氧氣產(chǎn)品的純度約為45%，往往用于對產(chǎn)品氣體純度要求不高的行業(yè)，例如醫(yī)用行業(yè)、污水處理行業(yè)和富氧燃燒等等。

3　低溫精餾工藝

氮氣和氧氣具有不同的沸點，利用這一特性，通過低溫精餾工藝能夠?qū)崿F(xiàn)氮氣和氧氣的分離。氣體的沸點會受到溫度和壓力的影響，跟精餾工藝中使用低溫、高壓的環(huán)境，先對空氣進行液化，然后由精餾塔進行傳質(zhì)傳熱，將空氣中的氮氣和氧氣分離開來［3］。

低溫精餾工藝的優(yōu)點在于氣體壓力足、氣體純度高、產(chǎn)氣量大，能夠滿足化工企業(yè)的生產(chǎn)需求。然而企業(yè)具有負荷調(diào)節(jié)范圍小、啟動時間長、操作復雜的缺點，在需要穩(wěn)定量和大劑量的連續(xù)供氣情況下比較適用。隨著工業(yè)的發(fā)展，低溫精餾工藝中引進了DCS控制系統(tǒng)，對其缺點有了一定的改善。以用戶需求為根據(jù)，低溫精餾工藝又具有以下幾種工藝流程。

（1）全精餾無氫制氬。全精餾無氫制氬技術(shù)是以規(guī)整填料技術(shù)為基礎(chǔ)的，主要應(yīng)用于大中型設(shè)備。其目的是獲得產(chǎn)品氬。工藝流程是先通過傳統(tǒng)工藝來獲得工藝氬，進而對工藝氬進行低溫蒸餾，將其中的氮氣去除掉，得到所需的產(chǎn)品氬。其優(yōu)點在于操作便利、流程簡單、穩(wěn)定安全、氣體純度高。但是卻具有較低的可靠性，在制備過程中會消耗氫氣，產(chǎn)生較高的費用，而且具有較高的危險性。

（2）規(guī)整填料。規(guī)整填料具有3個方面的優(yōu)勢：首先，其具有較低的能耗，可以連續(xù)進行熱交換。填料表面由于回流液而形成液膜，從而降低上塔阻力，汽、液之間具有不同的流路，極大地降低了填料上塔的阻力。其次，氬、氮、氧具有較高的分離率，上塔的操作壓力能夠降低15%～20%，并降低下塔的壓力，有利于氬、氮、氧的分離，從而提高氣體的提取率。能夠提高5%～10%的氬提取率，1%～3%的氧提取率。第三，能夠進行大范圍的操作和變動。填料塔的氣液接觸具有連續(xù)性，填料塔中具有較少的持有量，因此在一定的范圍內(nèi)能夠進行較大的變動，填料塔具備40%～120%的負荷范圍，以及較快的變工況操作。

（3）內(nèi)壓縮和外壓縮流程。

3　結(jié)語

本文對當前化工企業(yè)中常用的3種空氣分離裝置工藝流程進行了簡要的介紹，這3種空氣分離裝置工藝流程都各有優(yōu)缺點，化工企業(yè)要根據(jù)自己的實際需要選擇合適的空氣分離裝置工藝流程，并不斷對空氣分離技術(shù)進行改進。

［1］陳錦偉.淺談空氣分離技術(shù)的發(fā)展和改進［J］.化工管理.2015（18）.

［2］石立.淺析空氣分離裝置工藝在化工企業(yè)中流程選擇［J］.科技創(chuàng)業(yè)家.2012（19）.