論空氣分離技術的發展趨勢

摘 要：空氣分離技術的研發與應用，對社會經濟的發展與進步，尤其是工業生產的不斷向前邁進產生了顯著的促進作用。因而，深入探析空氣分離技術的未來發展趨勢，對了解國內外空氣分離行業的動向，以及把握世界工業市場的發展態勢等有著至關重要的影響。基于此，本文擬從空氣分離技術的基本概況出發，分析空氣分離技術的實際應用，探討空氣分離技術的發展趨勢。

關鍵詞：空氣分離；分離技術；發展趨勢；空氣

空氣分離技術是當前較為成熟的技術之一。伴隨著近年來我國社會經濟的飛速發展，化肥、石化、冶金等行業也隨之取得了持續快速的發展，這就使得我國對空氣分離技術與設備的市場需求愈來愈大，更是為一些大型空氣分離設備產業創造了千載難逢的發展機遇期。市場需求的不斷增加，促使國內大型空氣分離設備進入了新一輪的發展高峰期。因此，本文針對空氣分離技術的發展趨勢研究，對我國工業經濟的健康可持續發展有著關鍵性的影響。

1 空氣分離技術的基本概況

空氣指的是由氬、氮、氧等多種氣體共同構成的混合氣體，且空氣中還有乙炔、水分、灰塵、一氧化氮、二氧化硫等一些微量雜質。空氣分離技術指的則是生產氮、氧、氬等氣體的方法，目前常用的空氣分離方法有兩種：一是采用空氣液化技術，在此過程中還要借助于空氣中的不同蒸汽壓對氣體予以分離；二是利用碳分子篩或者沸石對空氣進行吸附，然后將產品從吸附劑中完全解吸。[1]其中，空氣分離吸附法屬于一種新興技術，空氣液化分離技術則屬于比較傳統的工藝。本文即是通過分析空氣分離技術的基本概況，對空氣分離技術的實際應用進行探究，并通過展望空氣分離技術的未來發展趨勢，以期為相關研究提供有價值的參考或借鑒。

2 空氣分離技術的實際應用

（一）壓縮空氣干燥

壓縮空氣的脫濕化處理，通常需要采用變壓吸附法對壓縮空氣實施干燥。同時干燥后的壓縮空氣還要注入WZG微熱裝置中進行加熱，這是由于WZG裝置不但可以對再生空氣進行干燥，而且還具有無熱再生的功能，另外該裝置一般都是先加熱再吹掃，這就大大降低了再生空氣的耗氣量，尤其是該裝置能夠將經過干燥處理的空氣露點降低到-40度。而采用分子篩吸附劑技術之后，經過干燥處理的空氣露點甚至可以達到-52度。也正因為如此，空氣分離技術在壓縮空氣干燥領域中被廣泛應用。

（二）空氣分離氮氣

目前空氣分離技術在空氣分離氮氣領域中被大量應用。新研制出的PSA氮氣制造裝置，其原料空氣的壓力可達0.8MPa，濕度能夠保持在80%，制造出的氮氣純度則可以穩定在95%-99%區間內。在空氣分離氮氣的過程中，首先要對空氣進行壓縮，當壓縮力達到0.6MPa時，就可以對原料空氣進行冷卻處理，最后再通過注入吸附塔實施吸附式分離。[2]采用空氣分離技術制造氮氣的方法，不但簡單易操作，而且可以制造出純度較高的氮氣，從而可以有效滿足有關行業與企業的發展需求。因此，空氣分離技術是氮氣制造領域中的重要技術之一。

3 空氣分離技術的發展趨勢

（一）冷水機組的科學設置

目前國內的企業可以根據自身的氮氣需求量對冷水機組進行科學設置。諸如，氮氣需求量小的企業，可以適當降低冷水機組的配備數量與規模，從而最大程度壓縮企業的冷水機組使用、維護、占用廠房等一系列成本性收入。但值得注意的是，冷水機組減少的前提是必須確保純化器的安全與穩定，且再生的氣量也要嚴控在合理區間之內。與此同時，還要加強水冷塔設備的安全性與可靠性，保證氮氣量的應用需求，盡力降低水溫以及進入到純化器里的空氣溫度。

（二）內壓縮技術的有效應用

截至目前，諸多研究結果顯示，進上塔的相應空氣量能夠有效確保氬氣的采收率，而內壓縮技術就是將一定的空氣成功送入上塔中的技術。具體而言，為了把膨脹的空氣陸續送入到分離塔的上端，進而獲得足量的氬氣，可以采取將液氧輸入到泵中再灌入管網壓力之后，最后進行一系列復熱式的處理即可，而如果將復熱式處理的液氧再經過冷箱處理，還可以進一步提升氬氣的采收率。[3]當前國內企業中的寶鋼已經將內壓縮技術應用到了空氣分離設備中。

（三）負荷自動變化技術

冶金業中的轉爐吹煉運轉環節一般都是間斷性的進行，因而對氧氣量的需求也呈現出不斷變化的態勢，這就導致浪費氧氣的現象無法規避。根據相關數據顯示，我國冶金業中的氧氣耗損量可達4%-15%。然而，負荷自動變化技術的研發不僅可以在一定程度上確保產品的純度，而且能夠在較短時間內對氧氣量變化進行調節。從本質上講，負荷自動變化技術主要是通過對空氣壓縮機的實際排氣降低予以完成的，即壓縮機中排氣量的降低，可以同時降低壓縮機的軸功率，進而滿足新時代企業的降耗節能需求。[4]由于空氣分離設備的耗電量非常高，因而采用負荷自動變化技術一方面可以提升企業的經濟效益，另一方面則可以發揮節約能源的功能與效用。

（四）系統技術的不斷優化

對于21世紀的企業而言，提升產品的生產量，增強設備的生產效率，有效降低空氣分離設備的電能消耗、循環水消耗與蒸汽消耗，科學減少生產氧氣的單位能耗等是其著重追逐的目標，以及努力實現的理想效果。所以，未來的空氣分離技術必將體現在以下幾方面：提升壓縮機的使用效率、改進冷箱內的物流循環、采用新型的換熱設備、使用新型的分子篩等。因而，系統技術的不斷優化是空氣分離技術的必然發展趨勢，也是提升工業生產效率的主要措施之一，更是實現環保節能的重要路徑。

（五）DCS控制技術

DCS控制技術屬于空氣分離設備中的計算機控制技術，該技術能夠確保空氣分離裝置依據用戶對純度、產量的實際需求實施空氣分離。目前該技術已經在空氣分離裝置的負荷動態變化、穩態運行中得到了大量的應用。[5]DCS控制技術自研發出來以后，之所以能夠在空氣分離領域中迅速普及應用，與其開放性、可靠性、協調性以及靈活性等一系列優點密不可分，且該技術的操作功能比較齊全，尤其是十分便于維護。

總而言之，當前我國的空氣分離技術依然以低溫精餾法的應用為主，在90年代研發出的變壓吸附法也得到了長足的進步，薄膜滲透法則處于實驗性的發展階段，截至目前仍處于空白區域的則是化學吸收法。由此可見，空氣分離技術的未來發展必然會根據各個行業的多種需求，出現膜分離、PSA、深冷等多種空氣分離技術多樣化發展的格局與趨勢，特別是會因能源緊缺的逐步加劇，促使非低溫的節能型技術的快速發展，還有PSA與膜、PSA與深冷等節能的、低成本、高效率的聯合性工藝，也會成為未來空氣分離技術的主要發展趨向。

參考文獻

[1]黃志富.淺談現代化的空氣分離設備及其發展趨勢[J].科技創業家，2012（08）：14-15.

[2]王喜奎，陳正舉，孟召君等.磁分離聚氮聚氮原理性實驗裝置研究[J].華北電力大學學報（自然科學版），2008（04）：70-71.

[3]項敬巖，王喜魁，李源.磁場參數與富氧效果的關系分析[J].遼寧師范大學學報（自然科學版），2008（02）：162-163.

[4]冉振亞，王勇，司向云等.梯度磁場氮氧分離技術在汽車排放控制中的應用[J].重慶工學院學報（自然科學版），2009（10）：1-3.

[5]王喜奎，陳正舉，洪廣歡等.高梯度強磁場聚氧集氮機理與實驗方案研究[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2005（02）：25-26.

作者簡介

劉堯（1985-），男，漢族，寧夏中衛人，本科，神寧集團烯烴一分公司技術員，研究方向：化學工藝類（空氣分離方面）。endprint