基于氣體深冷分離工藝分析

胡彥峰

【摘? 要】氧氣不僅僅是我們賴以生存的必須品，同時也是工業(yè)領(lǐng)域十分重要的材料，與之有同等地位的是大氣中的主要成分——氮氣，這兩種氣體的在工業(yè)領(lǐng)域中的生產(chǎn)都需要用到氣體分離裝置，通過這種裝置來實現(xiàn)氣體的深冷分離工藝，通過分離后能夠得到純度比較高的適合于工業(yè)領(lǐng)域使用的氣體，由于氧氣氮氣這樣的氣體在工業(yè)領(lǐng)域具有十分重要的地位，因此深冷分離工藝就愈顯得十分重要，純度越高的氣體就越受到大家的喜愛，所以對于氣體生產(chǎn)企業(yè)來說，為了滿足市場的需求，他們需要不斷研究并且改良工藝。

【關(guān)鍵詞】氣體;深冷;分離工藝;分析

不同的氣體有著不同的物理特性，通過利用它們物理沸點的不同，可以實現(xiàn)混合氣體的分離，這也是氣體生產(chǎn)工藝的主要技術(shù)特點?？萍嫉陌l(fā)展帶來了生產(chǎn)力的提升，但隨之而來的是對于更精細(xì)的生產(chǎn)工藝的要求，氣體生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的氣體即使現(xiàn)在已經(jīng)有了很高的純度，但是對于那些下游企業(yè)來說，氣體的純度越高越好，氣體生產(chǎn)企業(yè)要想增強自己的市場核心競爭力，就需要不斷地改良自己的工藝，生產(chǎn)出純度更高的產(chǎn)品。

一、氣體深冷分離工藝的技術(shù)特點

通過對氣體深冷分離工藝的技術(shù)進(jìn)行研究，可以發(fā)現(xiàn)工藝中能夠優(yōu)化的地方，或者分析出優(yōu)化氣體深冷分離工藝方法，或者拓寬氣體深冷分離工藝的用途，總之，氣體深冷分離工藝想要得到發(fā)展，那么對于它的分析工作必不可少。

1.1氣體深冷分離工藝的設(shè)備

氣體分離工藝對于其設(shè)備有一定的依賴，所以在進(jìn)行氣體分離提純工作時，設(shè)備的選擇十分重要，同時，氣體分離工藝的設(shè)備或許存在改進(jìn)的空間，所以要對它的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行分析。

氣體深冷分離工藝所需的主要設(shè)備有很多，比如自潔式空氣過濾器、分子篩、壓縮機等，通過這些設(shè)備的共同工作，保證了出產(chǎn)氣體的質(zhì)量，不同用途的氣體對于設(shè)備有著不一樣的需求，例如在空氣壓縮機的選擇方面，如果對于氣體的要求是低壓并且氣體參數(shù)連續(xù)的空氣，在壓縮機的選擇方面，會以連續(xù)型離心式壓縮機為首選，如果是入戶的空氣，因為有著長管道運輸?shù)倪^程，所以在進(jìn)行壓縮機選擇時，會優(yōu)先考慮往復(fù)式壓縮機。

不同氣體用途需要進(jìn)行不同的設(shè)備選擇，只有選擇合理的設(shè)備才能將所生產(chǎn)輸送的氣體質(zhì)量最大化。

1.2氣體深冷分離工藝的核心

氧氣與氮氣都是空氣中占比比較大的氣體，這兩種氣體的沸點不一樣，所以在進(jìn)行二者的提純工作時，會利用精餾塔來進(jìn)行兩種氣體的分離。其它氣體的提純工作也同理，但是，即使空氣中氧氣與氮氣的占比比較大，但是依舊會存在其它氣體，即雜質(zhì)的存在，如果這些氣體進(jìn)入精餾塔，就會對整個提純過程造成干擾，所以在空氣進(jìn)入分餾塔之前會進(jìn)行過濾工作，通過自潔式空氣過濾器以及分子篩來進(jìn)行空氣的初步過濾。所有的氣體提純都會為了避免雜質(zhì)的干擾而進(jìn)行氣體的初步處理工作，另外，在進(jìn)行氣體的提純工作時，之所以存在降低溫度的步驟，是因為精餾的過程中會有對流介質(zhì)產(chǎn)生，為了能夠高度提純，所以需要進(jìn)行降溫處理，即深冷工藝。

1.3氧氣、氮氣的深冷分離工藝技術(shù)

深冷分離工藝的主要目的是提純空氣中的氧氣以及氮氣，并將二者做分離，在進(jìn)行提純工作時，首先利用自潔式空氣過濾器進(jìn)行空氣的過濾，此過程是為了避免空氣中的其它氣體，如二氧化碳，以及粉塵顆粒等雜質(zhì)對空氣的精餾結(jié)果造成影響，經(jīng)過初步提純的空氣再被輸送到空氣壓縮機，在空氣壓縮機中，空氣會被增壓，隨后再將被增壓處理過的空氣輸送進(jìn)冷卻塔，冷卻塔分為兩個部分，下部利用循環(huán)水對空氣進(jìn)行冷卻，上部通過冰機冷水進(jìn)行空氣的冷卻，在進(jìn)行空氣冷卻的過程中，空氣也會和水氣接觸，這個過程能夠幫助空氣進(jìn)一步去除雜質(zhì)，冷卻后的空氣被輸送進(jìn)分子篩，分子篩能夠有效去除空氣中攜帶的水蒸氣以及二氧化碳，防止后續(xù)膨脹步驟時發(fā)生凍堵現(xiàn)象。經(jīng)過分子篩過濾的空氣會分成兩個部分，一個部分會通過增壓機以及膨脹機，這部分占比較小，而且它將是后續(xù)降溫時的主要冷源，大部分氣體會通過主換熱器，在精餾塔的下部作為上升氣體，冷源氣體則會進(jìn)入精餾塔的中部，最后無論是下部還是中部的氣體都會停留精餾塔的上部，經(jīng)過氣液對流，液氧層會逐漸出現(xiàn)，經(jīng)過冷量液化的氣體也會形成粗液氮，最后在精餾塔的上部會得到純度比較高的氮氣，在精餾塔的地步會得到純度比較高的液氧，這兩種產(chǎn)品再經(jīng)過換熱器以及壓縮機的調(diào)整之后即輸送到客戶處，由客戶進(jìn)行使用。

1.4回收及精制氫的工藝

近年來，石油煉制工業(yè)以及石油化學(xué)工業(yè)都在快速發(fā)展，這兩個行業(yè)對于氫氣的需求也越來越大，對于氣體生產(chǎn)企業(yè)來說，對于氫氣需求的擴大正是他們企業(yè)發(fā)展的契機，所以氫氣的生產(chǎn)力不僅要擴大，其生產(chǎn)工藝也要進(jìn)行研究以及改進(jìn)，以期能夠生產(chǎn)出純度更高的產(chǎn)品。

氫氣的來源主要是工業(yè)廢氣，通過對這些廢氣的回收利用，既減少了環(huán)境污染，又創(chuàng)造了經(jīng)濟價值，但是廢氣中有大量污染物的存在，所以氫氣的提純工藝就是對工業(yè)廢氣的凈化處理，一般，工業(yè)廢氣提純氫氣的技術(shù)為變壓吸附，通過吸附劑，將廢氣中的污染物，如粉塵、其它雜質(zhì)氣體等分離出來，剩下的就是純度比較高的氫氣，通過這種方法提純的氫氣純度能夠達(dá)到99.999%。

二、實現(xiàn)氣體分離工藝發(fā)展的突破口

氣體的分離以及提純在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，比如從沼氣中提取天然氣、回收氫氣等，因為混合氣體中的雜質(zhì)過多，對于提純工藝的要求就非常高，普通的提純方式難以達(dá)到生產(chǎn)要求，所以在氣體分離工藝方面需要更多的研究。

目前，工業(yè)領(lǐng)域中的氣體提純工藝中，最新的研究熱點為石墨烯膜的研究，現(xiàn)在已經(jīng)有研究表明，石墨烯膜是目前為止發(fā)現(xiàn)的厚度最薄的分子屏障，這種膜有著良好的滲透性、伸縮性以及機械性，可以更好地進(jìn)行氣體中雜質(zhì)的過濾去除，雖然石墨烯膜已經(jīng)進(jìn)入了大眾視野很久，但是在其應(yīng)用方面的研究依舊不足，無法利用其來進(jìn)行氣體的分離提純，不過，對于石墨烯膜的研究一直在進(jìn)行，相信不久的某一天就能將它應(yīng)用在氣體分離提純的工藝上。

結(jié)語：

氣體的分離提純工作對于工業(yè)領(lǐng)域來說十分重要，因為很多工業(yè)生產(chǎn)活動都需要純度比較高的氣體，如氫氣或者氮氣，隨著社會的發(fā)展，人們生產(chǎn)活動對于這些氣體的需求越來越大，同時對于氣體的純度要求也越來越嚴(yán)格，如何能夠分離出純度更高的氣體，是現(xiàn)在研究的熱門，石墨烯膜的發(fā)現(xiàn)相信能夠?qū)怏w提純工藝推向一個新的高度，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信不久的將來人們就可以利用石墨烯膜進(jìn)行氣體的過濾提純。

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