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1、综 述 石化技术,2000,7(3):173～175空气分离技术进展李文波 毛鹏生王长英 张述伟 俞裕国(齐鲁石化公司研究院,山东淄博,255400)(大连理工大学,辽宁大连,116012) 对空气分离技术的现况及发展作了综述,重点分析了低温精馏法目前的发展情况,以及国内外空分设备技术水平。关键词:空气分离 低温精馏3一台生产能力为10m/h的单级精馏空分装置以1 空气组成来,迄今已有90多年的发展历史。在此期间,分[7]空气是一种主要由氧、氮、氩等气体组成的复离空气的流程与设备不断改进:190
2、2年克劳特杂气体混合物,其主要组成见表,除表中所列的固用膨胀机液化空气成功;1924年弗康克尔提出用定组分外,空气中还含有数量不定的灰尘、水分、具有金属带填料的蓄冷器代替换热器;1932年拉乙炔,以及二氧化硫、硫化氢、一氧化氮、一氧化二赫曼提出将部分空气直接送入上塔参加精馏,挖氮等微量杂质。掘上塔潜力;1939年卡皮查将透平膨胀机用于表 空气的主要组成低压空分装置;40年代末,美国制成可逆式换热组成分子式体积,%重量,%分子量器并用于空分工业。氧O220.8523.132.00到了50年代,空分技术进入了一个新阶段,氮N278.0975.628.01
3、6各国都趋于发展大型化全板翅式换热器的全低压氩Ar0.9321.28639.9443二氧化碳CO20.030.04644.010空分装置,装置最大容量达50000m/h。氖Ne(15～18)×10-4-320.1831.2×10近年来,分子筛脱除水和二氧化碳技术在空氦He(4.9～5.3)×10-4-44.0030.7×10-4-4分装置中得到重视和应用;到80年代初,国外大氪Kr1.08×103×1083.803氙Xe0.08×10-40.4×10-4131.3型空分设备单套生产能力已达到74000m/h氢H-4-420.5×100.036×102
4、.016(98.5%O)。2臭氧O-4-43(0.01～0.02)×100.2×1048.00大规模工业生产氧气、氮气以此法为最经济,在空气分离方法中占有牢固的统治地位。其优点2 空气分离方法是:(1)因为主换热器只起低温产品气体和环境温工业制取氧氮的主要方法是分离空气。分离度原料气热交换作用,其冷损失可尽可能地低;空气的主要方法有:低温精馏法;变压吸附法;薄(2)所需交换的热量减少到最小,所以换热器的换膜渗透法;化学吸收法。其中应用最广泛的是低热面积也最小。[1,2]目前低温法分离空气的主要流程有两种[8]:温精馏法。2.1 低温精馏法一是能同时分
5、离氧、氮的双塔流程;另一种是能同低温精馏法的主要工作原理是将空气压缩液时生产氧、氮和氩的三塔流程。化,除去杂质并冷却后,根据各组分沸点的不同,随着压缩机加工制造技术的发展,深冷法已经精馏塔精馏分离,而得到所需产品。逐步由往复式压缩机向离心式和螺杆式压缩机发[3～6]低温法空分工业自1902年德国制成第展,使用寿命增加到10万小时以上。空气净化技术也由化学溶液处理发展为分子筛纯化,既提高作 者 简 介了净化效率,又改善了操作环境。近几年低温法李文波 硕士,工程师,1989年7月毕业于大连理工大学化学工的发展,主要有以下几方面。程专业,主要从事情报信息工
6、作。[9～13](1)液氧泵内压缩流程·174·石化技术2000年第7卷第3期 目前,大型空分装置除采用高效和大制冷量除二氧化碳和碳氢化合物。的带增压风机的空气汽轮膨胀机和高压氮气汽轮2.2 变压吸附法(PSA法)[15]膨胀机外,还采用高压液氧泵在冷箱内对产品液1964年Skarstrome等人发明了变压吸附氧进行压缩而后再气化的液氧内压缩流程。技术(PSA),70年代PSA法开始应用于分离空气为适应以煤或渣油为原料的大型合成氨设备制取氧气、氮气。其机理是:(1)利用沸石分子筛对高压氧气和氮气的需要,80年代初林德公司开对氮的吸附亲和力高于对氧的吸
7、附亲和力,分离发了液氧泵内压缩空气分离流程空分设备,并投氧气、氮气;(2)利用氧气在碳分子微孔系统狭窄入了运行。液氧泵的作用是将主冷凝器中的液氧空隙中的扩散速度大于氮气的扩散速度,在远离抽出和加压,经换热器气化复热后达到制氨工艺平衡条件下分离氧、氮。要求的压力(9.7MPa),它代替了大型氧压机的功变压吸附法制氧、氮是在常温下进行的,工艺能。过程有加压吸附,常压解吸;常压吸附,真空解吸。(2)大型低温制氮设备吸附剂对气体的吸附量随着压力的升高而增加,目前世界上最大的一台低温制氮设备装于北随着压力的降低而减少,在降低压力的过程中,放海油田的海上平台上,
8、日产氮气6600t(约出被吸附的气体,使吸附剂再生。由于变压吸附3220000m/h)。原理流程是将空气压缩
