空分裝置工藝技術(shù)分析及選擇分析

摘 要：近些年來，我國的工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，空氣分離裝置是現(xiàn)代化工的重要組成，空氣中含有大量日常需要的原料，通過多種流程設(shè)計(jì)來分離空氣中的氧氣、氮?dú)獾瘸煞?，通過對(duì)空氣中各種成分的分離來供應(yīng)石油和冶金等行業(yè)的生產(chǎn)使用。隨著化工工藝的不斷進(jìn)步以及行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品需求量越來越大空氣分離裝置工藝技術(shù)研究也逐漸廣泛，本文對(duì)空氣分離工藝技術(shù)進(jìn)行分析，并且對(duì)各個(gè)工藝技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用選擇中加以分析。

關(guān)鍵詞：空分裝置；工藝特點(diǎn)；分析

中圖分類號(hào)：TQ116.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）27-0258-02

引 言

空分裝置在我國被廣泛地應(yīng)用，空分裝置，顧名思義，就是將各種空氣進(jìn)行分離的裝置，也就是空氣分離裝置?？辗盅b置是現(xiàn)代化工行業(yè)的主要支柱，是重要組成部分，空分裝置運(yùn)用多種工藝技術(shù)來分離空氣的氧氣、氮?dú)獾绕渌麣怏w，將這些氣體轉(zhuǎn)化為液體的狀態(tài)，提供給石油、制藥等多種工業(yè)進(jìn)行使用。本文中，針對(duì)現(xiàn)代空分裝置工藝技術(shù)及其選擇加以分析，希望能夠起到一定的借鑒作用。

1 空氣分離裝置的特點(diǎn)

空氣分離裝置的作用是將空氣混合物進(jìn)行純化分離，下面將從流程與設(shè)備兩方面對(duì)空分裝置的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

從工藝流程上看，空分裝置相比于其他設(shè)備安全系數(shù)較高，由于空分裝置技術(shù)的不斷革新，設(shè)備看似比較復(fù)雜但是操作簡單。包括設(shè)備的生產(chǎn)成本也較為低廉，一些中小型企業(yè)完全能承擔(dān)得起。

從設(shè)備裝置的機(jī)組特點(diǎn)來看，空氣過濾器是一個(gè)重要的裝置，主要特點(diǎn)是能自動(dòng)清理過濾器內(nèi)的空氣。預(yù)冷系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是可以保證其擁有良好的換熱性能，并且對(duì)于空壓機(jī)的負(fù)荷也能夠起到減輕的效果。純化系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠長期使用，吸附時(shí)間長，壽命長。

2 空分裝置工藝技術(shù)分析

2.1 低溫精餾技術(shù)

低溫精餾空分技術(shù)是在低溫深冷空分的技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，分離的原理是利用氧分子與氮分子物理性質(zhì)的區(qū)別，氮?dú)獾姆悬c(diǎn)為77K（-196℃），氧氣的沸點(diǎn)90K（-183℃），將空氣在高壓低溫的條件下液化冷凝，再利用氧分子與氮?dú)夥肿拥姆悬c(diǎn)不同，低溫精餾分離，圖1展示當(dāng)前的低溫分餾空分裝置技術(shù)流程圖。低溫精餾技術(shù)相比于膜分離技術(shù)、變壓吸附技術(shù)得到的產(chǎn)品純度更高。但是這種低溫精餾技術(shù)仍舊需要空氣壓縮機(jī)、凈化裝置、熱交換系統(tǒng)以及精餾系統(tǒng)等，這樣就造成設(shè)備的復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，操作不夠簡便等特點(diǎn)。

2.2 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)在分離液體混合物中應(yīng)用比較廣泛，其分離的原理是利用膜兩側(cè)的電位差進(jìn)行分離混合物的。膜分離應(yīng)用于分離空氣是近年來才發(fā)展起來的一種新的分離方法，根據(jù)氧氣分子與氮?dú)夥肿拥臄U(kuò)散系數(shù)的不同實(shí)現(xiàn)了分離。毫無疑問，這種膜分離空氣的效率低下，膜性能的好壞也會(huì)影響到分離的效率與產(chǎn)品的純度。膜分離技術(shù)在所有技術(shù)中最為靈活，通過更換纖維材質(zhì)膜的形式可以滿足所有類型的空氣成分的分離，并且通過纖維膜孔的篩選可以分離出不同規(guī)格以及種類和純度的氣體產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中證明壓力越大，膜分離的產(chǎn)量就越大，圖2展示當(dāng)前的膜分離空分裝置技術(shù)流程，同時(shí)通過對(duì)膜分離工藝技術(shù)的改進(jìn)以及對(duì)設(shè)備型號(hào)的不斷梯度增加，加大了膜分離技術(shù)的應(yīng)用，但是介于技術(shù)的局限性膜分離技術(shù)分離空氣混合物在當(dāng)前工業(yè)上的應(yīng)用還是有限的，隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，膜分離技術(shù)前景廣闊。

2.3 變壓吸附技術(shù)

變壓吸附技術(shù)也是一種分離空氣混合物的一種方法，該技術(shù)主要原理是通過分子篩的吸附作用將氧氣分子與氮?dú)夥肿游?，通過改變壓力，使氧氣分子與氮?dú)夥肿有纬晌搅Φ牟町?，最終將氧氣與氮?dú)夥蛛x。在這一過程中分子篩是可以循環(huán)套用的，但是這種分離技術(shù)得到的產(chǎn)品純度較差。在實(shí)際的生產(chǎn)流程中采用此技術(shù)流程過程較為復(fù)雜，并且需要對(duì)空氣進(jìn)行凈化處理，首先除去空氣中存在的雜質(zhì)，并且將產(chǎn)品送入緩沖罐中，此技術(shù)產(chǎn)品設(shè)備相對(duì)比較簡單，并且操作并不復(fù)雜，在早期的分期分離技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，但是因?yàn)槠浍@取的氮?dú)猱a(chǎn)品質(zhì)量較低，因此目前已經(jīng)逐漸退出空分裝置技術(shù)流程的市場主流。

3 空分裝置工藝技術(shù)的選擇

在我國空分裝置被大量地應(yīng)用，應(yīng)用的范圍也是非常廣，品種類型也是各種各樣的，選擇起來也是非常困難，因此在選擇過程中針對(duì)不同的行業(yè)選擇不同的工藝流程，需要根據(jù)自身的行業(yè)需求進(jìn)行選擇，在了解空氣分離裝置工藝的主要化學(xué)原理之后，還需要根據(jù)用戶需要怎樣狀態(tài)下的產(chǎn)品進(jìn)行選擇，在此本文提出以下幾點(diǎn)選擇建議：

3.1 對(duì)于液態(tài)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝技術(shù)選擇

空分裝置在工作過程中所選擇的是氣體形態(tài)的原材料，而轉(zhuǎn)化為液體形態(tài)需要在高溫低壓的條件下進(jìn)行。結(jié)合上述的工藝手法，我認(rèn)為低溫精餾工藝是最好的選擇。在不是低溫的狀態(tài)下，雖然可以利用分子篩或者分離膜進(jìn)行分離，但是在大氣壓的狀態(tài)下，氮?dú)夂脱鯕獾姆悬c(diǎn)都較高，無法從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)。因此，由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)需要探索合適的溫度和壓力，同時(shí)也要對(duì)氮氧產(chǎn)品的儲(chǔ)存嚴(yán)格把關(guān)。

3.2 對(duì)于氣態(tài)產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝技術(shù)選擇

生產(chǎn)氣態(tài)產(chǎn)品的工藝流程有多種選擇，主要利用的是分子篩和分離膜進(jìn)行分離，這兩種工藝手法能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)使用，同時(shí)也能節(jié)約生產(chǎn)成本，但是它存在的最大的弊端是無法生產(chǎn)純度較高的氮氧產(chǎn)品。而對(duì)于一些純度要求較高的產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中需要整個(gè)過程都是低壓低溫，然后采用雙塔精餾工藝進(jìn)行分離。吸附工藝、膜分離工藝雖然能夠?qū)崿F(xiàn)空氣分離的目的，但是它不能提取出純度高的氮氧產(chǎn)品，采用上述工藝手法可以提取出純度接近于百分之百的氮氧產(chǎn)品。

3.3 對(duì)大型空分裝置產(chǎn)品的工藝要求

化工行業(yè)的主要特點(diǎn)是設(shè)備大型化，裝置規(guī)?；?，化工行業(yè)的不斷發(fā)展對(duì)氧氣與氮?dú)獾男枨罅烤蜁?huì)增大，國內(nèi)許多大型化工企業(yè)都有自己的空分裝置，在這種大的趨勢下，空分裝置的發(fā)展必然走向規(guī)?；Ｔ诖诉^程中空分行業(yè)的技術(shù)人員對(duì)原有的工藝流程不斷進(jìn)行開發(fā)，并且通過不斷的試車將原有的空分裝置工藝流程規(guī)模不斷擴(kuò)大，目前多數(shù)工藝流程已經(jīng)適合大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，部分工藝流程在特大規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)備中也得到廣泛的發(fā)展。

3.4 對(duì)空分裝置的可靠性要求更高

隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)空氣分離裝置的安全性能提出了更高的要求。空分裝置是化工原料的來源，一旦空分裝置可靠性低，不能滿足化工對(duì)氧氣、氮?dú)獾男枨螅蜁?huì)阻礙化工生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)空分裝置分離的氣體的質(zhì)量也是保證化工安全、有效生產(chǎn)的關(guān)鍵。

4 空分裝置工藝的安全生產(chǎn)管理

（1）操作人員在對(duì)閥門進(jìn)行開關(guān)時(shí)，要嚴(yán)格地使用檢驗(yàn)合格的工具，應(yīng)該使用銅制扳手或者是已經(jīng)經(jīng)過專業(yè)處理的扳手，防止由于使用的工具不合規(guī)范而造成操作人員的傷亡。

（2）對(duì)氧氣管道要定期地進(jìn)行檢查、維護(hù)，定期進(jìn)行除銹刷漆，定期測一次貯罐壁的厚度，除銹刷漆是為了能與貯氣罐相互配合，對(duì)于管路上的安全閥、壓力表也要每年定期地進(jìn)行校對(duì)檢驗(yàn)，從而保證能正常地開展工作。

（3）當(dāng)液氧氣化設(shè)施安裝在氧氣管道系統(tǒng)中時(shí)，要避免低溫液氧進(jìn)入到常溫狀態(tài)下的氧氣管道，防止由于氣化超出常規(guī)的壓力范圍而導(dǎo)致發(fā)生安全事故。

（4）操作人員對(duì)接地裝置要定期地進(jìn)行檢查，確保氧氣管道中的接地裝置是完好無損、可靠的。

（5）對(duì)定期檢查的結(jié)果進(jìn)行記錄并存入檔案。

5 結(jié)束語

空分裝置在化工行業(yè)起著重要的作用，充分了解化工空分裝置工藝的特點(diǎn)有利于更好的了解分離工藝，只有充分了解分離工藝才能更好地分離空中的氧氣、氮?dú)獾葰怏w。本文對(duì)空分裝置工藝技術(shù)展開分析，同時(shí)對(duì)于工藝流程的選擇也提出一些合理的建議，以此來提高我國的空分工藝流程的工藝水平，進(jìn)而促進(jìn)我國在現(xiàn)代化工行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]廖正強(qiáng).簡析空分裝置工藝技術(shù)路線的分析及比選[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（14）.

[2]李牧聲，王 帥.空分裝置工藝技術(shù)路線的分析及比選[J].石化技術(shù)，2017（12）.

[3]童行偉，李 紅，徐恒彪.空分裝置工藝流程的選擇[J].石化技術(shù)，2018（02）.

收稿日期：2018-8-13

作者簡介：張建宇（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事空分生產(chǎn)技術(shù)管理方面工作。