化工企业空气分离装置工艺流程选择

2016-03-13何永席俊峰陕西煤化能源有限公司陕西咸阳713600

化工管理 2016年9期

何永　席俊峰（陕西煤化能源有限公司，陕西　咸阳　713600）

化工企业空气分离装置工艺流程选择

何永席俊峰（陕西煤化能源有限公司，陕西咸阳713600）

在化工企业中空气分离装置发挥着重要的作用，其也是化工企业生产过程中必不可少的一种配套装置。本文简要介绍了化工企业中常见的3种空气分离装置工艺流程，各化工厂应该根据自身的实际情况我远择合适的空气分离装置工艺流程，达到降低能耗、提高经济效益的目的。

化工企业；空气分离装置；工艺流程

1　变压吸附分离工艺

装有分子筛的吸附塔是变压吸附分离工艺的核心部机，在分子筛微孔中，不同组分具有不同的扩散吸附速率，从而实现对氮气和氧气的分离。如果吸附没有达到平衡，那么在气相中氮气或者氧气就会被富集，并形成相应的产品气体。然后再将压力减小，将吸附到的杂质和废气排除掉，就能实现再生［1］。

在变压吸附分离装置中具有两个吸附塔，第一个吸附塔的作用是吸附氮气或氧气，另一个吸附塔的作用是脱附再生。两个吸附塔在气动阀门的作用下能够交替工作，从而连续产生氮气或者氧气。气动阀门的启闭主要是由PLC程序控制器进行自动控制。

变压吸附分离工艺的优点在于运行参数稳定、能耗低、维修便利，其大多为撬装式组合结构，能够实现无人操作。但其缺点也非常明显，生产出的氮气或者氧气具有较差的纯度，气体压力较低。产品纯度会对设备尺寸、设备能力产生较大的影响，这是由于变压吸附分离工艺的规模本身较小。一般情况下变压吸附产品的最小气体压力约为0.4MPa，最大气体压力约为0.8MPa，制氮纯度能够达到95%～99.9%，制氧纯度能够达到93%±2%。根据当前的国内技术水平，单套产品的最大变压吸附制氮处理量能够达到1000Nm3/h，最大变压吸附制氧往往难以达到500Nm3/h。当前成熟产品在氮纯度达到或超过99.99%的情况下，制氮能力仅为600Nm3/h，在氧纯度为95%～99%的情况下，制氧能力能够达到6000Nm3/h［2］。

2　膜分离工艺

不同气体在膜中有不同的扩散和溶解系数，以此为依据可以进行气体分离，这也是膜分离技术的技术原理。混合气体在膜两侧压力和驱动力的压力差的作用下，产生不同的渗透速率。二氧化碳、氢气、水汽、氧气具有较快的渗透速率，其会在膜的渗透侧富集起来。氩气、氮气具有较慢的渗透速率，其会在滞留侧被滞留而富集，从而实现混合气体的分离。

膜分离工艺的优点在于启动速度快、占地面积小、能耗低、噪音小、设备结构紧凑，并且能够实现无人操作。膜分离设备结构比较简单，可以做成集装箱式、撬装式或者箱式，安装起来比较便利，5～15分钟之内就可以将合格的产品气体提供出来，具有较快的运行速率。但是由于设备结构简单，膜的质量会直接影响膜分离设备的使用寿命。而且一旦膜发生老化，要对其进行更换或者维修比较不便。膜分离工艺的另一个缺点在于具有有限的分离能力，产品气体的纯度较低，氮气产品的纯度约为95%～99%，氧气产品的纯度约为45%，往往用于对产品气体纯度要求不高的行业，例如医用行业、污水处理行业和富氧燃烧等等。

3　低温精馏工艺

氮气和氧气具有不同的沸点，利用这一特性，通过低温精馏工艺能够实现氮气和氧气的分离。气体的沸点会受到温度和压力的影响，跟精馏工艺中使用低温、高压的环境，先对空气进行液化，然后由精馏塔进行传质传热，将空气中的氮气和氧气分离开来［3］。

低温精馏工艺的优点在于气体压力足、气体纯度高、产气量大，能够满足化工企业的生产需求。然而企业具有负荷调节范围小、启动时间长、操作复杂的缺点，在需要稳定量和大剂量的连续供气情况下比较适用。随着工业的发展，低温精馏工艺中引进了DCS控制系统，对其缺点有了一定的改善。以用户需求为根据，低温精馏工艺又具有以下几种工艺流程。

（1）全精馏无氢制氩。全精馏无氢制氩技术是以规整填料技术为基础的，主要应用于大中型设备。其目的是获得产品氩。工艺流程是先通过传统工艺来获得工艺氩，进而对工艺氩进行低温蒸馏，将其中的氮气去除掉，得到所需的产品氩。其优点在于操作便利、流程简单、稳定安全、气体纯度高。但是却具有较低的可靠性，在制备过程中会消耗氢气，产生较高的费用，而且具有较高的危险性。

（2）规整填料。规整填料具有3个方面的优势：首先，其具有较低的能耗，可以连续进行热交换。填料表面由于回流液而形成液膜，从而降低上塔阻力，汽、液之间具有不同的流路，极大地降低了填料上塔的阻力。其次，氩、氮、氧具有较高的分离率，上塔的操作压力能够降低15%～20%，并降低下塔的压力，有利于氩、氮、氧的分离，从而提高气体的提取率。能够提高5%～10%的氩提取率，1%～3%的氧提取率。第三，能够进行大范围的操作和变动。填料塔的气液接触具有连续性，填料塔中具有较少的持有量，因此在一定的范围内能够进行较大的变动，填料塔具备40%～120%的负荷范围，以及较快的变工况操作。

（3）内压缩和外压缩流程。