浅析空分装置工艺流程的选择.pdf

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1、浅析空分装置工艺流程的选择李朝荣(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰025350)摘要：空气分离装置是现代工业生产中的重要组成部分，以空气为生产原料，以多种生产工艺流程来分离空气中的氧气、氮气等成分，转化成液态形式，供应给石油、冶金、生物制药等多种工业生产使用。随着我国现代化工业发展越来越快，空气分离装置的应用前景也越来越广泛。本文在分析空分装置工艺流程特点的基础上，从变压吸附、膜分离、低温深冷等工艺方面入手，提出工艺流程的合理改造。关键词：空分装置；变压吸附；空分工艺；膜分离技术1空气分离工艺简述我国的空气分离技术具有悠久的发

2、展历史，在早期常用的工艺为低温深冷分离工艺，但随着技术的发展，结合国内空气分离装置的现状，目前主要存在的空气分离工艺有三种，分别是：变压吸附工艺、膜分离工艺、低温精馏工艺。1．1变压吸附工艺变压吸附工艺主要使用了分子筛作为吸附剂，通过压力的改变，空气原料中的氮氧分子在分子筛的作用下，形成吸附力差异。经过一段时间之后即可实现氮氧分子的分离(吸附相富集和气体相富集)，随即进行氮氧分子的卸压(变压过程)，分子筛在卸掉氮氧分子之后可以循环使用。这种通过分子筛吸附并改变压力收放氮氧分子的工艺，就被称之为“变压吸附工艺”。在实际的生产流程中，还需要进行空气净化环

3、节，去掉空气中存在的杂质，并送入缓冲罐等操作。变压吸附工艺的造作流程并不复杂，但获取的氮氧产品质量较低。1_2膜分离工艺从原理上来说，膜分离技术应用的扩散原理，即根据气体在膜中溶解和扩散的系数差异，实现不同的渗透速度来实现空气成分的分离。不难看出，分离膜的性能好坏，决定了空气分离工艺的水平。空气原料在膜的两侧作用，渗透率快的部分与渗透率慢的部分实行自然分离，但为了保障产率，一般会使用催化剂；实际生产过程中依然要先通过净化预处理系统。膜分离工艺是所有工艺类型中最灵活的，通过更换不同的纤维材质膜，就可以得到不同种类和纯度的气体产品。实践研究证明，膜分离工

4、艺所面临的压力越大，产量就越大，因此发展纤维膜技术是这一工艺的核心问题。1．3低温精馏工艺低温精馏工艺是低温深冷空气分离工艺的升级版，其原理是利用空气中氮氧分子的物理特性不同来实现的。氧分子和氮分子的沸点不同，在高压低温的情况下首先对空气进行液化，随后经过精馏，传热分离已经转化为液态的空气，从而分离氧分子和氮分子。这一工艺在实际的应用中保留了大量的传统手段，如空气压缩机、净化装置、热交换系统以及精馏系统等等。相比较前两种工艺而言，低温精馏工艺具有很明显的特点，即可以实现产品的高纯度性。低温精馏工艺受到新工艺的冲击，主要是由于其自身的流程较为复杂，装置

5、启动时间过长等缺陷。尤其是装置本身造成的不便性，包括空气压缩机、净化器、热交换系统等等，初始化投资成本要远远高于分子筛和膜分离工艺。但不可否认的是，要获得高纯度的氮、氧产品(尤其是液态产品)，在常温下是无法实现的，低温深冷工艺依然是不可或缺的。2空分装置工艺流程的选择空气分离装置的应用范围广泛，品种多样，不同的行业在选择的过程中，要根据自身的需求确定。在了解了主要的空气分离装置工艺原理之后，还要确定用户究竟要生产怎样形态的产品(液态或气体)，作者做出了如下的选择建议。2．1液态产品生产的工艺选择空分装置及流程所对应的原料是气体形态，转化液体形态需要高

6、压、低温等条件。综合以上工艺的特点，不难判断出，要得到液态产品低温精馏工艺是最佳的选择。这是因为，非低温状态下，尽管可以利用分子筛或者分离膜得到氮氧分子的集合，但在一个大气压的状态下，氧气(纯氧)的沸点是90．17K(一182．98℃)，氮气(纯氮)的沸点是77．35K(-195．80℃)，根本无法形成液态形式。因此，要获得液态产品，必须对温度和压力做出考量，同时液态产品的存储工艺要求也十分严格，这与生产工艺实现对接需要严格的条件。2_2气态产品生产的工艺选择气态产品的生产流程选择度很大，除了非低温精馏工艺之外，更多的用到J，分子筛和分离膜，这两种工

7、艺都可以实现循环生产，节约成本。但缺点是无法获得纯度较高的产品。对于一些要求纯度较高的气态产品，主要采用全低压空分低温双塔精馏工艺。原因就在于，吸附、膜分离以及其他工艺虽然可以实现空分目的，但在高纯度方面的提取存在天然缺陷(工艺限制)，全低压空分低温双塔精馏工艺可以实现纯度99．99％级别的工艺水准。3结语通过以上内容介绍，对国内当前主要的空分工艺进行了分析，当前的空分装置工艺呈现出“新旧混杂”的局面。一方面，新工艺的出现大大提升了空分装置工艺的产量，节约成本，提高效率；但另一方面，新工艺还无法完全代替传统工艺，为了获取高纯度的产品，传统工艺依然具有

8、发展前景。综合以上的研究成果，我国未来的空分装置工艺发展还有待进一步的提升，注意结合各自优点，从流程体系入手