浅谈气体深冷分离工艺

浅谈气体深冷分离工艺

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新疆独山子石化公司公用工程部 新疆克拉玛依 833699

摘要：采用低温分离技术制备化工生产的主要原料，通过高压低温物理分离过程，通过节流冷却的效果，获得合格的气体产品。生产过程中，常压工艺气体经过减压节流获得较低温度，通过换热器的作用回收低温冷量，整个低温气体分离过程的冷量通过压力回收，满足低温气体分离过程节能降耗的技术要求，提高了气体分离处理系统的生产效率。

关键词：气体；深冷分离；工艺

引言

近年来，我国进一步加强了工业发展，国民生产总值大幅增加。与此同时，工业生产过程中废气排放也在增加，造成了一定程度的污染和大气破坏。为此，实施有效的气体分离管理刻不容缓。

1气体分离技术概述

工业中经常使用的气体包括氧、氮、二氧化碳、氩等。工业气体的生产方法比较多，常用的气体分离技术是蒸馏法，即把气体混合物凝结成液体，根据各组沸点进行整流的方法分离不同的成分。分凝法，即利用不同成分沸点的差异分离气体的方法。这种方法与整流法不同，整流法适用于与沸点相似的情况，而分凝法适用于沸点差异较大的情况。采用吸收方法，即液体吸收剂，在适当的温度、压力下吸收气体混合物的特定成分，达到气体分离的目的，可分为物理吸收和化学吸收。利用吸附法，即多孔固体吸附剂，将吸收的组分吸附到固体物质表面，达到气体分离的目的。薄膜渗透法，即利用高分子聚合物薄膜的选择渗透性从混合物中分离某种成分的方法。具体总结见表1。空气中的主要组成是氧气和氮气，标准气压下氧气的沸点为-183℃，氮气的沸点为-196℃，两者的沸点相差很小，因此大多数空气分离工厂主要采用低温精馏原理，低温精馏分离法生产成本低，技术成熟，适合大规模工业化。

表1气体分离技术汇总

2气体深冷分离工艺的探讨

2.1气体深冷分离技术的核心

由于构成空气主要成分的氮气和氧气的沸点不同，使用精馏塔来瞄准沸点，以分离各种成分。为了防止空气中残留的杂质(如灰尘、二氧化碳、水蒸气等)影响整个设备的运行，必须在将空气送至分选塔之前将其清除。方法主要采用自清洁空气过滤器和分子体。为了降低用于在精馏过程中达到净化目的的生产温度，必须制造对流环境，因此需要低温工艺。采用低温分离技术进行空气分离，使分离后的空气达到纯度标准，这一技术在空气净化分离过程中得到了非常广泛的应用。在低温气体分离工艺中，气体分离时间较晚，可以提高成品气体的温度，但在分离过程中，降低了温度，提高了生产安全性，并可净化该工艺。通过低温气体分离工艺的优化，优先选择最高效的生产设备，提高设备运行安全性，保证符合生产工艺的基本要求，防止影响生产安全的超压运行，最终达到提高安全性、改善产品质量的目的。

2.2氧气和氮气的深冷分离工艺技术措施

利用低温分离工艺措施分离氧气和氮气，抓住原料气体或通过热交换器冷却含有杂质的气体，产生的空气进入下塔进行预分离，从下塔顶部获得纯氮气地板，获得富氧液体空气。来自下塔顶部的部分氮在热交换器重新加热后流入边界区域。部分由主冷凝蒸发器冷凝成液氮，加热上塔蒸发的液氧，凝结的液氮从主冷量中抽出后回流到3号通过:下塔。另一条路径是经过过冷进入液氮分离器，分离后将液氮作为液态产品运输到液氮罐中。从下塔的中部和上部提取部分液氮，在冷却器中经过过冷，下降到塔顶，返回上塔。下塔的液体空间作为上塔的逆流发送到上塔。上层塔进一步整改后，获得上层塔底部的高净值液氧，对液氧泵施加压力，送到主高压换热器加热，然后送到警戒区。

2.3气体深冷分离工艺的设备

为了达到低温气体分离的最佳效果，低温气体分离过程中的设备选择至关重要。主要设备包括自清洁空气过滤器、空气压缩机、空气冷却塔、循环泵、制冰机、分子筛、主换热器、膨胀机、压缩机、整流塔和压缩机，交付给用户。这些装置的共同作用保证了氮和氧的质量。必须为每个零件选择不同的设备类型。例如，空气压缩机需要连续低压空气，因此通常选择连续离心压缩机。输送给用户的气体通常需要高压来满足长管道的传输，因此采用往复式压缩机。设备也需要定期维护。因此，一些设备通常在设备维修过程中使用准备好的使用方法，以提高效率，同时不影响整体生产。设备的正常维护过程取决于其自身的性能。一般情况下，设备运行2 - 3个月后，检查设备，防止长时间疲劳，避免影响安全。

3气体深冷分离技术的关键

3.1原料对产品质量的影响

原料是保证气体分离效果的最直接因素，使用高质量的原料生产高质量的产品。气体的低温分离原料是空气。空气不仅含有氧和氮两种成分，还含有灰尘、稀有气体、二氧化碳等杂质。整改前必须去除日志成分，提高产品质量。二氧化碳是空气中含量低的气体。化学生产地区通常会产生更多的二氧化碳。如果在进入换热器之前空气被二氧化碳去除，温度达到-56.6℃时就会变成固体，导致换热器堵塞，严重的情况下空气分离装置可能会停止。一氧化二氮(一般笑)也是空气中含量较少的气体。蒸发器中一氧化氮含量超过5.0×10-6时，会沉淀成固体颗粒，占据蒸发器通道，固体颗粒与蒸发器壁摩擦的静态或其他感应作用会导致蒸发器爆炸事故。乙炔和空气中含量低的碳氢化合物如果不净化，就会和空气一起进入精馏塔。与液氧和液氧相比，乙炔和碳氢化合物的沸点高，溶解度高，饱和蒸气压小，容易在液氧和液氧中积累浓度。固体乙炔在液氧沸腾时容易与蒸发器通道产生摩擦和冲击，因此在高静态电压下引起蒸发器爆炸。一般来说，为了保证空分设备处理的空气质量，空分设备建在上风向上，持续占据主导地位，使用分子筛干燥器充分吸收和干燥空气中的杂质，提高进入主板热交换器的空气质量。

3.2设备对产品质量的影响

为了提高气体分离效果，气体分离设备的选择也特别重要。其中重要设备有独立的空气过滤器、空气压缩机、循环泵、氮气压缩机、空气冷却塔、水冷塔、冷冻装置、分子筛、主换热器、膨胀机、精馏塔、液泵等空气压缩机和氮气压缩机是空分设备的重要运行设备。为表征空气和氮气供应的连续性，空气压缩机和氮气压缩机应选用连续离心式压缩机。空气压缩机的工作应使出口压力在一定范围内，在小流量条件下，当压力与大会的比率导致压缩机喘振时，严重时，会影响设备的安全。如果压力太小，整流塔下的塔液在足够的压力下返回到上塔，再次整流，影响整流效果。对于氧的活泼化学性质和易燃性，要考虑安全经济性，选择液氧压缩过程，液氧泵的操作也要按工作程序进行。可以避免气穴现象。单级整流器不能完全分离空气，同时获得高纯氧和高纯氮，因此必须选择阳极整流塔。长时间运行的设备需要正确操作和定期维护，防止设备疲劳，帮助设备安全运行。

结束语

综上所述，通过对气体低温分离技术的讨论，加强气体低温分离效果，提高化工生产效率。依靠压缩机冷却技术措施，通过降低温度分离混合气体，可以获得满足清洁要求的净化气体，达到气体分离处理的效果。采用低温分离工艺措施，提高气体分离的安全性，防止气体泄漏，在环境污染事故中，保证气体分离过程的安全性，降低气体低温分离过程的危险系数，降低生产成本，不断提高气体政工的分离效率，满足了气体化工生产的技术要求。

参考文献

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