通过空气的深冷分离生产空气气体的方法

通过空气的深冷分离生产空气气体的方法

方荣安

中国石油天然气股份有限公司大庆炼化分公司  黑龙江大庆  163411

摘要：如今，从空气中分离出来的很多气体，如氮气、氧气、氢气等都在被人们越来越广泛的使用。那么，如何从空气中分离出更多更有用的气体来回收利用，从而满足人们的更多需求。深冷分离法加膜分离法都属于通过采取一定的方式和手段对空气进行某种分离，使得空气中的有效气体得到最大程度的分离与利用，从而满足社会生产的巨大需要，同时也能促进资源的有效利用。它们工作的原理不同，采用的方式不一样，但是在促进气体的有效分离方面都起了至关重要的巨大作用。

关键词：深冷分离法 ；膜分离法 ；空气分离

随着社会生产力的不断进步，各国的工业发展达到了前所未有的高度，但必须面对随之而来的环境问题。化工是我国的支柱产业，在实际生产过程中会产生大量的污染问题，对我国的生态环境有着非常大的影响。为了得到基础的化工生产原料，采用深冷分离技术，通过高压低温的物理分离工艺过程，节流制冷的效应，得到合格的气体产品。生产过程中，一定压力的工艺气体经过减压、节流的作用，产生较低的温度，通过换热器的作用，将低温冷量进行回收，整个气体深冷分离工艺中的冷量是由压力能转化而来的，将其进行回收利用，满足气体深冷分离工艺的节能降耗的技术要求，提高气体分离处理系统的生产效率。

一、气体分离技术概述

工业常用气体有氧气、氮气、二氧化碳、氩气等。工业气体的生产方法比较多，常用的气体分离技术有: 精馏法，即将气体混合物冷凝为液体，针对各组分沸点的不同，采用精馏的方法将不同组分分离出来; 分凝法，即利用不同组分的沸点的差异进行气体分离的方法，该方法与精馏法的不同之处在于精馏法适用于沸点相近的场合，而分凝法适应于沸点相差较大的场合; 吸收法，即用一种液态吸收剂在适当的温度、压力下吸收气体混合物中的某些组分而达到气体分离的目的，可分为物理吸收和化学吸收; 吸附法，即采用多孔性固体吸附剂将被吸组分吸附于固体物质表面而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将某种组分分离出来的一种方法。

二、气体深冷分离技术

为了能够得到较高纯度的产品，使气体分离效果最佳，同时也能够保障装置在运行过程中安全稳定，原料、工艺的选择非常重要。

1、原料对产品质量的影响。原料是保障气体分离效果的最直接的因素，利用高品质的原料才能产出高品质的产品。气体深冷分离的原料是空气，空气并不只是由氧气和氮气两种成分组成，还含有粉尘、稀有气体、二氧化碳等杂质成分，在进行精馏前需要将杂志成分清除，才能提高产品的质量。二氧化碳是空气中含量较少的一种气体。在化工生产区，通常会产生较多的二氧化碳气体。空气在进入热交换器前若二氧化碳清除不干净，当温度达到－ 56. 6 ℃ 时会变为固体堵塞热交换器，严重时会造成空分装置停车。氧化亚氮 ( 俗称笑气) 也是空气中含量较少的一种气体。当氧化亚氮进入冷凝蒸发器中的含量超过 5.0 × 10－6时，会以固体颗粒的形式析出，占用冷凝蒸发器的通道，在固体颗粒与蒸发器壁摩擦产生静电或者其他的诱导效应下，可能会发生冷凝蒸发器爆炸的事故。空气中含量较少的乙炔及碳氢化合物若未清除干净会随着空气进入精馏塔。相对于液氧和液空，由于乙炔和碳氢化合物的沸点较高，溶解度较大，饱和蒸气压较小，较容易在液空和液氧中积聚浓缩。固体乙炔在液氧沸腾时容易与冷凝蒸发器的通道产生摩擦和撞击进而产生静电，当静电电压较高时会引起冷凝蒸发器爆炸。通常，为了确保空分装置加工空气的质量，将空分装置建设在常年主导风向的上风向，同时采用分子筛干燥器对空气中的杂质进行充分的吸收与干燥，以提高进入主板式换热器的空气质量。

2、工艺基础条件对产品质量的影响。工艺操作是维持装置安全稳定运行的条件。为了确保装置能够产出高品质气体，对工艺操作基础的了解是关键。只有掌握工艺操作的基础理论，才能达到有针对性的操作和解决问题的目的。物料平衡、能量平衡是空分生产中的两大守恒定律，这两大定律是工艺操作的基础。物料平衡包括物量平衡和组分平衡。物量平衡即进来的物量之和等于出去的物量之和，组分平衡即空气分离后的某一组分的量之和等于加工空气量中该组分的量。当加工空气量小于产品产出量时，产品的纯度会明显下降，此时必须采取一定的工艺操作增加原料。能量平衡是进入塔的能量总和等于出塔的产品的能量总和。装置中的冷量是衡量能量平衡的主要标志。膨胀机制冷和节流效应制冷是装置冷量来源的两个重要途径。冷凝蒸发器中的液氧液位是装置冷量的最直观的体现，工艺操作中要确保该液位处于正产的操作指标范围内。此外，要控制热交换器的热端温差，减少主换热器的冷量损耗，因此，在能量平衡方面要综合分析装置的冷量，通过及时调整膨胀机负荷、主换热器冷、热流体流量等措施来平衡装置的能量。

三、深冷分离法加膜分离法的空气分离

深冷分离法在空气分离上，工作原理较为简单。它把空气作为原料，经过一系列的程序，包括大幅度的浓缩、有步骤的净化，以及还要使用热交换的方法使空气液化成液态的空气。大致如下 ：空气在进入压缩机之前要先通过空气的过滤装置进行过滤，使其更加纯净后再进入空气压缩装置中，压缩到了具有合适压力后再进入空气的冷却装置中，使空气的温度迅速地降低。在此基础之上，再对空气进行干燥处理，可以通过空气干燥净化器来进行，使空气中一些不被需要的物质被清除，比如所含的水分、二氧化碳等物质。在空气分离的装置的设置中，也必须要保障两种流液被很好的处理和收集。一方面，空气被净化后要保证其进入空气分离装置中的主换热增热容器中，未获得通过的，即返回来的液态气体通过冷却装置达到最佳温度时，再送入净化蒸馏容器的底部，在容器上部能够充分搜集氮气，在底部的液态空气再进行冷凝，通过一系列的冷凝装置进行冷凝蒸发，氮气最终被冷凝，部分最后对滞留的液体进行分节设置。当然，也可以把它再次流入主要的换热增热容器中，之后到达一定程度进入膨胀的容器中进行膨胀，降温，一部分的气体可以被再分离和再次的利用，其他的部分也会被排入大气。由此可以看出，要建立空气分离装置，一方面做到空气的深度压制缩小并对空气进行彻底的净化 ；另一方面即是空气的最终分离。当然，从空气分离出来的液态氮气也应有专门的容器进行液态的贮藏和运输。在对其设备进行检查时，必须要确保液态氮气的密封性好，安全的进入对应的容器里。

随着膜技术的迅速发展，也为我们实现空气分离提供了更好的保障。从膜材质的不断变化和创新到技术的不断进步和提高，从我国的明显落后到现在所能做出的重大成就，无一不是喜悦。随着技术的不断发展，相信空气分离装置也会越来越完善，分离的纯度也会越来越高。面临当今社会资源的极度紧张，已完全不能满足人们需求的现实，作为在已有物质的基础上有计划地进行分离显得尤为重要。希望通过所研究的深冷分离法、膜分离法的理论观点给大家以启示和鼓励。也希望大家能够共同努力，为资源的再利用、创造性地利用做出我们自己的努力，让我们的资源更充分，让我们的生活更美好。

参考文献

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