空氣分離方法和工藝流程的選擇

王濤平

【摘要】隨著社會的快速發展，對高純氮、高純氧的需求不斷增加因此，空分技術得到了發展。因為氮和氧的純度。因此，需要選擇不同的空分方法和工藝流程。本文對空分方法和工藝流程的選擇進行了探討，供有關人員參考。

【關鍵詞】空氣分離;方法;工藝流程;選擇

0引言

空分是根據空氣組分的不同物理性質，采用psa、膜分離或低溫分離等方法，將氧氣、氮氣與空氣或氬氣、氦氣等稀有氣體同時分離出來的過程。近年來，隨著我國國民經濟的快速發展，不同類型的空分設備被廣泛應用于鋼鐵冶金、電子、化工、煤化工、航空航天和油氣開發等行業。作為一名工程設計人員，有必要掌握空分裝置不同技術和工藝的特點。在設計過程中，能夠根據用戶對產品的生產和質量要求，準確分析工況特點，為用戶選擇合理的空分技術和工藝。我們不僅要防止盲目追求新技術，還要確保所選工藝安全可靠、高效節能、節約投資、創造效益。

一、空分技術及流程介紹

常見的空分工藝有低溫分離和非低溫分離。非低溫分離技術還包括變壓吸附分離技術和

膜分離技術。

1變壓吸附分離技術

1. 1 變壓吸附分離技術的分離原理

變壓吸附分離技術是壓縮空氣為原料，與孩子篩作為吸附劑，在一定的壓力下，利用空氣中的氧和氮分子在不同分子篩表面吸附量差異，氮（氧）在約定的時間內吸附相濃度、氧（氮）氣相中的豐富，提供氧氣，氮氣分離;分子篩吸附劑減壓后進行分析再生再利用。

1.2 變壓吸附分離流程

變壓吸附分離工藝過程如圖1所示?？諝饨浛諝鈮嚎s機壓縮后，由凈化系統除去有害雜質后進入吸附塔。在吸附塔中，填充不同種類的吸附劑，吸附氧（氮）分子，使未吸附的氮（氧）氣體富集，在吸附塔的頂部得到高純度的產物氣體。目前變壓吸附多采用A、B雙塔工藝。當一組進行吸附時，另一組進行降壓解吸。雙吸附塔按設定的時間順序交替工作，實現連續供氣。通過改變吸附劑和吸附壓力[1]，可以得到不同質量等級的氧、氮產品。

2 膜分離技術

2. 1 膜分離技術原理

膜分離技術的基礎是氣體的擴散的原理，使用不同的原料氣的氣體滲透膜材料具有不同驅動力之間的壓力差氣膜的兩側和滲透率的滲透側大天然氣富集材料，不滲透的一面不容易透氣性氣體濃縮分離，氣體分離，實現。

2. 2 .空氣膜分離過程

氣膜分離工藝流程如圖2所示?？諝饨浛諝鈮嚎s機壓縮，經過濾干燥系統過濾干燥，去除油水。進入加熱器加熱至50℃左右，進入膜分離器（中空纖維膜組）。壓差的作用下膜的兩側，快速滲透的“快速氣”，如氧氣、二氧化碳和水蒸氣，流露出內心的纖維壁的高壓低壓外的一面，和積累的滲透膜，導致富氧釋放。將穿透率相對較低的氮氣截留在膜的保留側，富集到產物氮氣罐中，實現空氣中氧和氮的分離。通過選擇不同的透析膜[2]，可以得到不同純度的氧和氮產物。

3低溫空分技術

3.1低溫空分技術原理

低溫空分技術是以空氣為原料?？諝饨涍^壓縮、冷卻、凈化、渦輪增壓/膨脹、熱交換、精餾后，首先液化成液態空氣。然后利用液態氣中不同組分的不同沸點通過蒸餾塔進行傳熱傳質，分離出氧氣、氮氣、氬氣等產品氣體。

3.2 .低溫分離工藝

低溫空分工藝經過100多年的發展，經歷了高壓、低壓、中壓、總低壓等多種不同工藝過程。隨著現代空氣分離技術和設備的發展，高壓的過程，高壓和低壓和中壓空氣分離已經基本消除，整個低壓過程和降低能源消耗和安全生產已成為首選的大中型低溫空氣分離設備。根據氧、氮產物壓縮環節的不同，將全低壓空分過程分為外壓縮過程和內壓縮過程。全低壓外部壓縮流是產生低壓氧氣或氮氣，然后通過外部壓縮機將產品氣體壓縮到所需的壓力供應給用戶。

整個低壓內壓縮過程就是取消氧或氮壓縮機，從空分機組冷箱直接為用戶生產高壓氧或氮。這個過程的主要區別和外部壓縮過程是氧或氮的供應壓力達到高壓產品的低溫液體冷芯盒和加壓液體泵，和液態氧或氮在主換熱器與高壓空氣交換被增壓器，加壓后再熱氣化，然后供應給用戶。

三、空分工藝流程的選擇

基于分析空分設備的工作原理和不同的技術流路徑的特點，空氣分離裝置的工藝流程可以選擇按照下列方法在工程設計根據用戶的要求，并且符合原理先進、可靠的技術，經濟和節能。

1全氣態產品的工藝選擇

1. 1 氧氣產品的工藝選擇

對于純度不超過95%的氣體氧，以及小型空分設備，可采用變壓吸附或低溫精餾空分工藝。如果氧純度大于95%，采用連續空分工藝，則只能采用低溫精餾。膜分離工藝裝置不能產生高純度氧氣，因此，該工藝僅適用于鍋爐富氧燃燒、污水處理、醫療等對氧氣純度要求不高的行業。

1.2氮產品的工藝選擇

如果需要的產品是單一氮，三種分離工藝都可以滿足要求。但是，由于工藝的限制，psa和膜分離工藝的純度與氣體的提取率（氣體消耗量）相互制約，無法生產大量純氮產品。目前常用的psa和膜分離工藝生產的氮氣產量大多在5000 Nm3 / h以下，產品純度可達95% ～ 99.99%。

1.3雙高產品的工藝選擇

非低溫精餾工藝由于自身工藝特點的限制，不能同時生產兩個以上的產品，更不能同時生產兩倍高的產品（氧純度大于95%，氮純度大于99.99%）。因此，當有雙高產品需求時，只能選擇低溫雙塔精餾技術。

2液體產品的工藝選擇

液體產品不能通過非低溫工藝獲得，因此當需要液體產品時，低溫分離工藝是唯一的選擇。

3所有低壓、低溫精餾采用內壓、外壓工藝

3.1以產品的氧氣壓力為選擇依據

如果產品的氧氣壓力小于3.0 MPa，則選擇內部或外部壓縮流。外部壓縮過程更節能，節省投資，而內部壓縮過程從安全角度更可靠。如果氧氣壓力≥3.0mpa，應選擇內壓工藝，更安全可靠。

3.2以產品中氣體和液體的比例作為選擇依據

無論是采用內壓縮工藝還是外壓縮工藝，低壓低溫精餾工藝均可生產液氮和氧氣。然而，液態產物在氣體和氧氣產物中的比例對裝置的能耗有很大的影響。因此，應根據液體產品的產量選擇空分裝置。一般認為，液體產品的產率要高于8%的氣體和氧氣。液體產品產量小于氧氣和氣體產量的8%，因此建議選用全低壓外壓工藝。

三、結論

在工程應用中，對氧氣和氮氣的需求因工業和項目而異。只有通過掌握的工作原理和工藝特點不同的空氣分離過程我們可以引導我們選擇更合理的過程的前提下滿足用戶的需求，不僅要考慮經濟和適用性，安全性和可靠性，從而實現企業的最大經濟效益。

參考文獻：

[1]鄭修平. 淺析空分裝置流程的選擇[ J]. 甘肅科技，2004 （11）：91-92.

[2]曹明. 氣體膜分離技術及應用 [ J]. 廣州化工，2011 （10）：30-31.

[3]李化治. 制氧技術[M]. 北京：冶金工業出版社，2010： 338-339.

[4] 周志丹. 大型煤化工空分裝置工藝流程的選擇[J]. 內蒙 古石油化工，2010（6）：44.