基于气体深冷分离工艺分析

胡彦峰

【摘  要】氧气不仅仅是我们赖以生存的必须品，同时也是工业领域十分重要的材料，与之有同等地位的是大气中的主要成分——氮气，这两种气体的在工业领域中的生产都需要用到气体分离装置，通过这种装置来实现气体的深冷分离工艺，通过分离后能够得到纯度比较高的适合于工业领域使用的气体，由于氧气氮气这样的气体在工业领域具有十分重要的地位，因此深冷分离工艺就愈显得十分重要，纯度越高的气体就越受到大家的喜爱，所以对于气体生产企业来说，为了满足市场的需求，他们需要不断研究并且改良工艺。

【关键词】气体;深冷;分离工艺;分析

不同的气体有着不同的物理特性，通过利用它们物理沸点的不同，可以实现混合气体的分离，这也是气体生产工艺的主要技术特点。科技的发展带来了生产力的提升，但随之而来的是对于更精细的生产工艺的要求，气体生产企业生产的气体即使现在已经有了很高的纯度，但是对于那些下游企业来说，气体的纯度越高越好，气体生产企业要想增强自己的市场核心竞争力，就需要不断地改良自己的工艺，生产出纯度更高的产品。

一、气体深冷分离工艺的技术特点

通过对气体深冷分离工艺的技术进行研究，可以发现工艺中能够优化的地方，或者分析出优化气体深冷分离工艺方法，或者拓宽气体深冷分离工艺的用途，总之，气体深冷分离工艺想要得到发展，那么对于它的分析工作必不可少。

1.1气体深冷分离工艺的设备

气体分离工艺对于其设备有一定的依赖，所以在进行气体分离提纯工作时，设备的选择十分重要，同时，气体分离工艺的设备或许存在改进的空间，所以要对它的生产设备进行分析。

气体深冷分离工艺所需的主要设备有很多，比如自洁式空气过滤器、分子筛、压缩机等，通过这些设备的共同工作，保证了出产气体的质量，不同用途的气体对于设备有着不一样的需求，例如在空气压缩机的选择方面，如果对于气体的要求是低压并且气体参数连续的空气，在压缩机的选择方面，会以连续型离心式压缩机为首选，如果是入户的空气，因为有着长管道运输的过程，所以在进行压缩机选择时，会优先考虑往复式压缩机。

不同气体用途需要进行不同的设备选择，只有选择合理的设备才能将所生产输送的气体质量最大化。

1.2气体深冷分离工艺的核心

氧气与氮气都是空气中占比比较大的气体，这两种气体的沸点不一样，所以在进行二者的提纯工作时，会利用精馏塔来进行两种气体的分离。其它气体的提纯工作也同理，但是，即使空气中氧气与氮气的占比比较大，但是依旧会存在其它气体，即杂质的存在，如果这些气体进入精馏塔，就会对整个提纯过程造成干扰，所以在空气进入分馏塔之前会进行过滤工作，通过自洁式空气过滤器以及分子筛来进行空气的初步过滤。所有的气体提纯都会为了避免杂质的干扰而进行气体的初步处理工作，另外，在进行气体的提纯工作时，之所以存在降低温度的步骤，是因为精馏的过程中会有对流介质产生，为了能够高度提纯，所以需要进行降温处理，即深冷工艺。

1.3氧气、氮气的深冷分离工艺技术

深冷分离工艺的主要目的是提纯空气中的氧气以及氮气，并将二者做分离，在进行提纯工作时，首先利用自洁式空气过滤器进行空气的过滤，此过程是为了避免空气中的其它气体，如二氧化碳，以及粉尘颗粒等杂质对空气的精馏结果造成影响，经过初步提纯的空气再被输送到空气压缩机，在空气压缩机中，空气会被增压，随后再将被增压处理过的空气输送进冷却塔，冷却塔分为两个部分，下部利用循环水对空气进行冷却，上部通过冰机冷水进行空气的冷却，在进行空气冷却的过程中，空气也会和水气接触，这个过程能够帮助空气进一步去除杂质，冷却后的空气被输送进分子筛，分子筛能够有效去除空气中携带的水蒸气以及二氧化碳，防止后续膨胀步骤时发生冻堵现象。经过分子筛过滤的空气会分成两个部分，一个部分会通过增压机以及膨胀机，这部分占比较小，而且它将是后续降温时的主要冷源，大部分气体会通过主换热器，在精馏塔的下部作为上升气体，冷源气体则会进入精馏塔的中部，最后无论是下部还是中部的气体都会停留精馏塔的上部，经过气液对流，液氧层会逐渐出现，经过冷量液化的气体也会形成粗液氮，最后在精馏塔的上部会得到纯度比较高的氮气，在精馏塔的地步会得到纯度比较高的液氧，这两种产品再经过换热器以及压缩机的调整之后即输送到客户处，由客户进行使用。

1.4回收及精制氢的工艺

近年来，石油炼制工业以及石油化学工业都在快速发展，这两个行业对于氢气的需求也越来越大，对于气体生产企业来说，对于氢气需求的扩大正是他们企业发展的契机，所以氢气的生产力不仅要扩大，其生产工艺也要进行研究以及改进，以期能够生产出纯度更高的产品。

氢气的来源主要是工业废气，通过对这些废气的回收利用，既减少了环境污染，又创造了经济价值，但是废气中有大量污染物的存在，所以氢气的提纯工艺就是对工业废气的净化处理，一般，工业废气提纯氢气的技术为变压吸附，通过吸附剂，将废气中的污染物，如粉尘、其它杂质气体等分离出来，剩下的就是纯度比较高的氢气，通过这种方法提纯的氢气纯度能够达到99.999%。

二、实现气体分离工艺发展的突破口

气体的分离以及提纯在很多领域都有着广泛的应用，比如从沼气中提取天然气、回收氢气等，因为混合气体中的杂质过多，对于提纯工艺的要求就非常高，普通的提纯方式难以达到生产要求，所以在气体分离工艺方面需要更多的研究。

目前，工业领域中的气体提纯工艺中，最新的研究热点为石墨烯膜的研究，现在已经有研究表明，石墨烯膜是目前为止发现的厚度最薄的分子屏障，这种膜有着良好的渗透性、伸缩性以及机械性，可以更好地进行气体中杂质的过滤去除，虽然石墨烯膜已经进入了大众视野很久，但是在其应用方面的研究依旧不足，无法利用其来进行气体的分离提纯，不过，对于石墨烯膜的研究一直在进行，相信不久的某一天就能将它应用在气体分离提纯的工艺上。

结语：

气体的分离提纯工作对于工业领域来说十分重要，因为很多工业生产活动都需要纯度比较高的气体，如氢气或者氮气，随着社会的发展，人们生产活动对于这些气体的需求越来越大，同时对于气体的纯度要求也越来越严格，如何能够分离出纯度更高的气体，是现在研究的热门，石墨烯膜的发现相信能够将气体提纯工艺推向一个新的高度，随着科学技术的发展，相信不久的将来人们就可以利用石墨烯膜进行气体的过滤提纯。

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