淺析低溫空氣分離裝置的流程與創新

王成延 王曉兵（青海鹽湖集團化工公司，青海 816000）

隨著工業的不斷發展，各種合成氨廠、鋼鐵企業、煤炭化工行業也得到了快速發展，這些工廠的氧、氮等氣體的使用量不斷增加，同時隨著工業上對氣體的品質要求的提升，就需要不斷改造空氣分離裝置的工藝流程。這樣才能使生產的產品符合要求，提升產品質量，節約生產成本，為企業創造更多的經濟效益。

1 空氣分離方法簡介

空氣分離裝置主要是分離空氣中的氧氣、氮氣。目前，具體的空氣分離方法主要有低溫深冷技術分離、膜分離法和變壓吸附法。膜分離法和變壓吸附法操作過程簡單，工程成本低，但是無法保證分離氣體的純度；低溫深冷技術分離技術能夠分離高純度的氧氣和氮氣，但是工藝流程復雜，生產成本高。現階段空氣分離企業主要采用低溫深冷技術分離技術進行空氣分離工作。

2 低溫法空氣分離工藝流程簡述

低溫法空氣分離工藝流程主要由五部分組成:空氣壓縮制冷；空氣凈化；空氣冷卻、液化；空氣精餾；冷量回收及壓縮。這五部分之間可以獨立使用，也可以相互搭配，組合出不同的空氣分離工藝。

根據低溫冷卻時壓力的不同，低溫法空氣分離可以分為高壓分離、中壓分離、低壓分離過程。空氣高壓分離流程的制冷量來自于節流效應，只適用于小型制氧機。中壓分離流程需要提供制冷量的膨脹機有較大壓力。低壓分離流程冷換量較小，工作壓力低，能有效提升膨脹機的使用效率，降低能源消耗，因此這種空氣分離流程的應用范圍越來越廣。

近年來，隨著時代的發展，內壓縮流程得到了飛速發展，相對于外壓縮流程，它的優勢在于不通過氧氣透平壓縮機，直接給低溫液氧增壓，避免了外壓過程中氧氣的外泄現象，減少了工作狀態下發生火災隱患，使壓縮裝置能夠安全穩定運行同時，這種工藝流程還可以降低工程成本。同時空壓機也比氧壓機的運行成本便宜，而且體積小，占地面積小，結構簡單，方便操作，隨著技術的進一步發展，內壓縮流程將會越來越多地得到應用，成為空氣分離裝置的主流。

3 空氣分離裝置工藝流程與創新

3.1 空氣壓縮冷卻

空氣經過一系列處理、過濾后由空氣壓縮機對空氣進行壓縮，使空氣達到所需要的工作壓力。空氣壓縮工作結束后，就需要對空氣進行冷卻處理。將壓縮空氣注入冷卻塔中，空氣在冷卻塔中經過下段循環冷卻水和上段的冷凍水進行冷卻。在冷卻塔底部，循環冷卻水使壓縮空氣的溫度逐漸降低，隨著空氣的上升，空氣被冷凍水進一步冷卻，這樣的工作不斷進行，使壓縮空氣最大程度地降低溫度，達到工作需求。空氣的溫度越低，對于吸附單元的負荷就越小，方便對空氣的后續處理。

3.2 吸附凈化

利用分子篩吸附器對空氣進行吸附凈化可以有效地降低壓縮空氣中所含的水、二氧化碳、碳氫化合物含量。在工作時，一臺吸附器進行吸附工作，另一臺則進行再生工作。吸附器再生分四步:卸壓、加熱、冷吹、充壓。再生工作時用分餾塔排出的污氮氣經蒸汽加熱器加熱后對吸附器進行再生，之后用污氮氣對再生結束的吸附器進行冷吹，最后用吸附后的空氣對吸附器升壓并繼續進行吸附工作。

3.3 空氣分離

隨著空氣吸附凈化工作的結束，潔凈的空氣最終被分為兩部分。大部分潔凈空氣與返流氣體換熱后進入分餾塔下塔，小部分空氣經增壓透平膨脹機冷卻后進入分餾塔上塔。

3.4 精餾分離

空氣經過精餾處理后，空氣在精餾設備內部被分離，精餾設備頂部得到氮氣，精餾設備底部得到液氧。精餾設備底部的液氧經過減壓處理后被輸送至低溫貯存罐內，頂部的氮氣與液氧進行換熱，氮氣逐漸被冷凝，液氧被蒸發。冷凝后的氮氣被作為氮氣主要產品進入液氮儲存設備，剩余的液氧進入精餾設備頂部作為回流液。精餾設備頂部有部分氮氣被直接抽出作為氮氣產品。液氧產品直接從低壓精餾設備抽出，經過冷卻后進入液氧儲存罐。

3.5 氬增效

在精餾設備旁通常會設置一個氬增效設備，分離后的空氣從精餾設備抽出后被輸送至氬增效裝置內，這一工作可以有效提升氧氣的利用率，降低設備產生的能耗，提升空氣分離工作效率。經過氬增效處理后，空氣中的氧氣大部分被回收，含氬量較高的廢氣經過換熱器后被放空。

3.6 儲存運輸

制作好的液氮和液氧被儲存在低溫儲存罐內，依靠氣體液化保持儲存罐處于低溫狀態，當用戶有需要時，可以用專業低溫危化品運輸罐車進行運輸。

4 結語

隨著低溫空氣分離裝置的適用范圍越來越廣，低溫空氣分離裝置的工藝流程會得到更好地改進，促進生產企業生產出質量更高的氧氣、氮氣、液氧、液氬等產品，促進企業生產效率和質量的提升，推動企業的可持續發展。

[1]趙飛.各種空氣分離方法的比較[J].中國高新技術企業，2011(21).

[2]陸山.淺談空氣分離技術的發展和改進[J].甘肅冶金，2011(03).