煤制甲醇過程中的空氣深冷分離

劉凡石

摘 要：隨著我國目前經濟的迅猛式發展，國內工業對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氮氣以及氧氣。本文中詳細介紹了三種不同的空氣分離法以及煤制甲醇的過程中的一系列工藝流程以及所要采用的空氣深冷分離法。

關鍵詞：煤制甲醇 空氣深冷分離

中圖分類號：TQ53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0097-01

空氣分離最基本的就是將空氣中的氧氣、氮氣、氬氣進行分離，并且為主裝置來提供氬氣、氙氣以及高純度的氧氣、氮氣等稀有氣體。因為我國目前在很大程度的生產氧氣、氮氣的液化產品，尤其是在高純度產品中的各種低溫分離法方面上都有很大的競爭優勢，這些都是不可替代的，但是只有低溫分離法用氬氣，并且還要在同一時間之內產生其他氣體相關產品的能力，因此在空分行業應用低溫法中占據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，最后達到液化的效果，之后在精餾塔里利用氮、氧沸點不同，使用精餾法去分離又是兩個過程，分別是液化及精餾，是深冷及精餾的統一，上塔主要就是分離，而下塔則主要是液化及初步分離，同時低溫探冷法可以利用氧氣的沸點與氮氣的沸點不同之處，從對氧氣、氮氣實現相分離。尤其是在高壓低溫的環境中，可以將空氣液化，之后在按照氧氣的沸點與氮氣的沸點不同，在精餾塔中經過精餾傳熱傳質，來分離液態空氣中的氧氣與氮氣的成分，從而實現了氧氣氮氣產品的分離。這也是目前應用得最為廣泛的一種空氣分離法。其中最大的有點就是產品質量和純度都很高，更重要的是種類也非常多。

1.2 吸附法

利用固體吸附劑對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行的。首先，變壓吸附來制氧，利用PU-8型分子篩；其次，變壓吸附來制氧，并專用分子篩。這種工藝同其他同類工藝比起來有優點也有缺點。優點就是，能耗和投資都很小，并且方便。而其缺點就是，再生時能量有所損耗，并且其產量較小，純度也不夠。

1.3 膜分離法

利用有機聚合膜對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能力相對來說更加低，純度也更加低。根據相關資料顯示，氧氣純度大約是25%～35%。

2 煤制甲醇中空氣深冷分離

煤質甲醇其一大基礎就是煤氣化，如果要進行煤氣化，就要對氧氣機、水蒸氣與煤中的炭來進行反應，也就是水煤氣反應，通過水煤氣反應得到一氧化碳及氫氣，這樣一來就決定了煤質甲醇的發展絕對是離不開氧氣的。氮氣則是作為一種保護氣體來用于置換、密封、煤粉輸送及干燥。由于需要氧和氮產品，并且用量極大，煤化工等行業只能夠使用空氣深冷分離的方法。空氣深冷分離法就是利用空氣里各個組分其沸點之間的差異，并在低溫下面把空氣液化之后再通過精餾來分離出氬、氮和氧等組分。

空氣深冷分離法其工藝流程一般來說是由五個部分組成的，他們分別是：空氣壓縮、膨脹制冷；空氣中水分、雜質等凈化；空氣經換熱后冷卻、液化；空氣精餾、分離；低溫產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過空氣的過濾系統之后，去除了灰塵及機械雜質。過濾之后空氣會由多級壓縮機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，也可以被稱為空冷塔里以對流的形式被低溫冷凍水及循環冷卻水分段冷卻。在空冷塔的底部，空氣會被循環冷卻水進行預冷，在頂部的空氣會被冷凍水更進一步地冷卻。空氣離開了循環水站溫度愈低，對于下游空氣的吸附單元負荷就愈加小。空氣之中少量的化學雜志也會被冷卻水所吸收。在循環水站的頂部設置了又除沫器來除去空氣之中的水霧。

空氣之中的水分及雜質等凈化，也就是壓縮空氣經過吸附器的時候，水、二氧化碳、氮氧化合物以及大部分的碳氫化合物都將被吸附。其中吸附器中的間隔循環，則是一個吸附器去吸附雜志的；另一個則是進行被再生用的。吸附與再生這個過程則是按照順序來進行自動控制的，且保證相關的裝置可以連續的運行。而吸附器的再生則是利用了冷箱中的污氮進行的，其中再生的環節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，與吸附流程相隔離的吸附器來做卸壓，這之后在經過再生蒸汽加熱器所加熱產生的低壓污氮來進行再生，緊接著在利用再生的氣加熱器中的旁路來對冷低溫氮氣進行吸附器的冷卻，然后在采用吸附之后的空氣來對吸附器進行升壓，最后在返回吸附流程當中。再生循環最主要是由以下幾個部分組成的，他們分別是：加熱、冷卻、增壓和加壓。

空氣經過換熱冷卻之后，液化出純化裝置的潔凈空氣其實是分成三股的。其中大部分的經純化裝置潔凈空氣在換熱器里污氮及氮氣冷卻之后已經接近到露點，再進入到高壓精餾設備中去。于此同時，第二部分的空氣則是從純化裝置中直接進入到低壓增壓段去進行增壓再一步步被送到低壓精餾設備中。而第三部分則是去多級冷卻空氣增壓機中里進行增壓，最后分別進入到高壓精餾設備和低壓精餾設備中去。

空氣進行精餾與分離，則是運用高壓精餾的設備對空氣進行分離的，在高壓精餾塔中的頂部得到了氮氣，其底部則得到了粗液氧。而粗液氧在經過加壓節流的環節之后，將會被導入到氬精餾設備頂部的冷凝罐中，這時在高壓精餾塔頂部得到的那部分氮氣將在蒸發冷凝器中與低壓精餾設備底部中的液化氧氣進行換熱，這其中的氮氣會被冷凝，而液化氧則會被蒸發掉。冷凝之后的液化氮經過主換熱器的過冷之后的部分就會被最為液氧產品再進入到液氧儲罐中，另外一部分沒有進入到液氧儲罐的則會經節流減壓之后再進入低壓精餾設備中作為回流液。這一系列過程之后剩余的液化氮會進入到高壓精餾設備的頂部來作為回流液。而高壓精餾設備頂部的那部分氮氣則會直接從設備內部被抽出去，經主換熱器復熱之后再作為低壓氮氣產品。于此同時，高壓精餾設備中部還會抽出一些液體，經過節流減壓之后被送至低壓精餾設備的頂部來作為回流液。

3 結語

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，本文中對于這些都有詳細的介紹。

參考文獻

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