化工企業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）

在化工企業中空氣分離裝置發揮著重要的作用，其也是化工企業生產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中常見的3種空氣分離裝置工藝流程，各化工廠應該根據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、提高經濟效益的目的。

化工企業；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，從而實現對氮氣和氧氣的分離。如果吸附沒有達到平衡，那么在氣相中氮氣或者氧氣就會被富集，并形成相應的產品氣體。然后再將壓力減小，將吸附到的雜質和廢氣排除掉，就能實現再生［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，從而連續產生氮氣或者氧氣。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點在于運行參數穩定、能耗低、維修便利，其大多為撬裝式組合結構，能夠實現無人操作。但其缺點也非常明顯，生產出的氮氣或者氧氣具有較差的純度，氣體壓力較低。產品純度會對設備尺寸、設備能力產生較大的影響，這是由于變壓吸附分離工藝的規模本身較小。一般情況下變壓吸附產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%。根據當前的國內技術水平，單套產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，以此為依據可以進行氣體分離，這也是膜分離技術的技術原理。混合氣體在膜兩側壓力和驅動力的壓力差的作用下，產生不同的滲透速率。二氧化碳、氫氣、水汽、氧氣具有較快的滲透速率，其會在膜的滲透側富集起來。氬氣、氮氣具有較慢的滲透速率，其會在滯留側被滯留而富集，從而實現混合氣體的分離。

膜分離工藝的優點在于啟動速度快、占地面積小、能耗低、噪音小、設備結構緊湊，并且能夠實現無人操作。膜分離設備結構比較簡單，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分鐘之內就可以將合格的產品氣體提供出來，具有較快的運行速率。但是由于設備結構簡單，膜的質量會直接影響膜分離設備的使用壽命。而且一旦膜發生老化，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，產品氣體的純度較低，氮氣產品的純度約為95%～99%，氧氣產品的純度約為45%，往往用于對產品氣體純度要求不高的行業，例如醫用行業、污水處理行業和富氧燃燒等等。

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實現氮氣和氧氣的分離。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、高壓的環境，先對空氣進行液化，然后由精餾塔進行傳質傳熱，將空氣中的氮氣和氧氣分離開來［3］。

低溫精餾工藝的優點在于氣體壓力足、氣體純度高、產氣量大，能夠滿足化工企業的生產需求。然而企業具有負荷調節范圍小、啟動時間長、操作復雜的缺點，在需要穩定量和大劑量的連續供氣情況下比較適用。隨著工業的發展，低溫精餾工藝中引進了DCS控制系統，對其缺點有了一定的改善。以用戶需求為根據，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是以規整填料技術為基礎的，主要應用于大中型設備。其目的是獲得產品氬。工藝流程是先通過傳統工藝來獲得工藝氬，進而對工藝氬進行低溫蒸餾，將其中的氮氣去除掉，得到所需的產品氬。其優點在于操作便利、流程簡單、穩定安全、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，產生較高的費用，而且具有較高的危險性。

（2）規整填料。規整填料具有3個方面的優勢：首先，其具有較低的能耗，可以連續進行熱交換。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性，填料塔中具有較少的持有量，因此在一定的范圍內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）內壓縮和外壓縮流程。

3　結語

本文對當前化工企業中常用的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缺點，化工企業要根據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進行改進。

［1］陳錦偉.淺談空氣分離技術的發展和改進［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中流程選擇［J］.科技創業家.2012（19）.