空氣分離方法與工藝流程選擇論文

2023-02-06 論文

　　【摘要】由于社會的迅猛發展致使高純度氮氧氣的需求量持續增加，所以，空氣分離技術得到了一定的發展。由于人們對氮氣和氧氣的純度需求各不相同，因而，需要據此選擇不一樣的空氣分離方法與工藝流程。本文對空氣分離方法與工藝流程的選擇進行了相關探討，以供相關人員參考。

　　【關鍵詞】空氣分離；方法；工藝流程；選擇

　　通常而言，空氣分離是依照空氣里面各個組分物理性質的差異性，運用膜分離方式和低溫分離方式等，從空氣里面分離出氮與氧，或者一并提取氦與氬氣等這類稀有氣體的流程。工程設計工作人員應當充分掌握好空氣分離裝置的各種工藝與流程特征，在設計的過程中才能按照用戶需求，正確分析其工作情況，給用戶挑選出合適的空氣分離工藝與流程。不僅需避免盲目尋找新技術與新工藝，同時還需確保挑選出來的工藝流程是高效的、經濟的、以及安全可靠性高的。

　　1空氣分離方法分析

　　1.1低溫空氣分離方法

　　一般來說，低溫空氣分離方法的空氣分離設備由四個部分所構成，即空氣里面的雜質與分子等凈除、空氣經過換熱冷卻與液化；膨脹制冷和空氣壓縮；空氣分離與精餾；低溫產品冷量壓縮和回收。每一個部分實現的方法以及運用的設備均是不一樣的，可組合成不一樣的流程[1]。根據工作壓力可分成高壓、中壓、低壓這三個流程。其中，高壓工作壓力為10到20MPa，制冷量來源于節流效應，無需膨脹機械設備，操作程序非常簡單，可是僅僅適合使用在小型的制氧機以及液氯機。中壓工作壓力是1到5MPa，針對小的空氣分離裝置，因為單位冷量損失較大，必須要有很大的單位制冷量進行平衡，因此對工作壓力提出了高要求。這個時候，制冷量就是依靠膨脹機。低壓工作壓力基本上和下塔壓力差不多，其是現階段使用最廣的一個流程，這一裝置單位能源消耗非常低，所以該種類型的空氣分離流程運用較廣。根據產品壓縮方法可劃分成分離裝置內外壓縮這兩種。外壓縮就是獨立設置產品氣體壓縮機，不會影響到裝置工作。內壓縮就是使用泵壓縮液態產品，接著通過復熱與氣化傳輸到裝置外。比較而言，內壓縮更加安全，可是液體泵正常與否會對裝置的運行造成一定的影響[2]。

　　1.2變壓吸附的分離方法

　　變壓吸附方法就是把壓縮空氣當成原材料，通過分子篩為吸附劑，在一定程度的壓力作用下，借助空氣里面的氮氧分子在不相同分子篩表層吸附量的不同，在某一時間中氮氧在吸附相富集，氮氧在氣體相富集，進而分離氮氧。該分離方式的流程就是：空氣通過空壓機壓縮以后，經凈化系統將有害物質消除，進到吸附塔；在吸附塔里面，設置不相同類型的吸附劑，吸附氮氧分子，讓那些沒有被吸附的氮氧富集且在吸附塔頂端獲取到純度較高的產品氣體。現階段，變壓吸附大部分使用的是雙塔流程，倘若一組吸附，那么還有一組就會進行降壓解吸。雙塔根據設置的時序交替工作，可以達到不間斷供氣的目的。經過將吸附劑及其壓力轉變，就能夠獲取到不一樣質量等級的氮產品與氧產品[3]。

　　1.3膜分離方法

　　這種分離方式實際上是通過氣體擴散的原理，借助原料氣里面不相同氣體對于膜材料有不一樣的滲透率，通過膜兩邊氣體的壓力差作為驅動力，在滲透邊獲取到滲透率較大的氣體富集物料，在還沒有滲透側獲取到不容易滲透氣體富集分離氣，以此實現氣體分離。膜分離的流程就是：空氣通過空壓機壓縮、進而經過濾系統與干燥系統過濾除油、干燥消除水分以后，進到加熱器加溫至50攝氏度，接著進入到膜分離器。壓縮空氣在膜兩邊壓力差下，水蒸氣和氧氣等滲透率較快的氣體從高壓內側纖維壁往低壓外側滲透出來，在膜的滲透邊富集，將富氧氣放空；滲透率緩慢的氮氣停滯于膜滯留側，被富集進到產品氮氣罐，以此實現開工期氮氧分離。挑選不一樣的透析膜，可以得到不一樣純度的氮產品和氧產品。

　　2空氣分離工藝流程選擇

　　經過對空氣分離裝置的基本工作原理以及工藝流程的分析，設計工作人員進行設計的時候，需要按照用戶的需求，堅持技術可靠、經濟且能源節省的原則，采用以下方式選擇空氣分離工藝流程：

　　2.1全低壓低溫精餾內外壓縮工藝流程

　　首先，把產品氧氣壓力當成是選擇的必要依據。假使產品氧氣壓力小于3MPa，那么挑選出內壓縮和外壓縮工藝流程都可以。外壓縮流程能源節省效果更佳，與此同時還可以減少成本投入，可是，根據安全方面來思考，內壓縮工藝流程的可靠性更高一些。假使氧氣的壓力大于等于3MPa，最好應當選取內壓縮工藝流程，其更加安全和可靠。其次，將產品中氣與液比例當作選擇的重要依據。針對全低壓低溫精餾，不管是挑選外壓縮還是內壓縮工藝流程，均可以制備液態氧產品和氮產品。可是液態產品占據的氣氧產品比重，對裝置能源消耗影響更大。所以，需要按照液態產品產量挑選空氣分離裝置。通常，液態條件下產品的產量，要高于8%氣氧條件的產量，挑選全低壓內壓縮工藝流程更加合理。相反的，則最好選擇使用外壓縮工藝流程。

　　2.2選擇全氣態產品工藝流程

　　1）氮氣產品工藝。假設需要的產品是比較單一化的氮氣，集中分離工藝均可以滿足有關規定。可是由于工藝有一定的局限性，膜分離與變壓吸附方式產品純度以及氣體耗量相互制衡，所以不能取得很多的純氮氣產品，現如今，比較常見的膜分離與變壓吸附方式獲得氮氣產品均為5000Nm3/h，產品的純度是99%。2）氧氣產品工藝。針對用戶所需產品是氣態氧氣和純度低于95%，同時規模不大的空氣分離裝置，需要選擇使用變壓吸附方式或者低溫空氣分離方法。氧氣純度比90%大，與此同時采用持續的則只可以挑選低溫空氣分離工藝流程。膜分離工藝裝置無法取得純度較高的氧氣，所以，這種工藝僅適合使用在鍋爐富氧燃燒與醫療等對氧氣純度要求較低的領域之中。

　　3結束語

　　在工程運用的過程中，不相同的領域與項目對于氮氧的需求也是不同的。因而，需要工程設計人員充分掌握好不一樣的空氣分離工藝基本工作原理與特征，才能夠引導我們在充分滿足用戶各方面需求的情況下，挑選出合適的工藝流程。

　　參考文獻

　　[1]徐金永.淺析空氣分離裝置在化工企業中流程選擇[J].化工設計通訊,2018,44(02):125.

　　[2]王成延,王曉兵.淺析低溫空氣分離裝置的流程與創新[J].化工管理,2015,(27):90.

　　[3]包士然,張金輝,張小斌.磁致空氣分離技術的研究進展[J].浙江大學學報(工學版),2015,49(04):605-615.

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