王敏娜

[摘 要]深冷法空分裝置制氧設(shè)備中使用的是一套的填料塔、液體泵內(nèi)壓縮以及前段預(yù)凈化流程，使用常溫分子篩預(yù)凈化，空氣增壓透平膨脹機提供裝置所需的冷量，從而形成空氣增壓膨脹、雙塔精餾、內(nèi)壓縮的一種流程?；诖?，本文對深冷空氣分離裝置工藝進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]空分裝置；工藝特點

中圖分類號：G181 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）30-0398-01

采用深冷技術(shù)開發(fā)的空氣分離裝置，是以空氣為原料，通過壓縮循環(huán)和深度冷凍的方法將空氣液化，通過精餾操作從液態(tài)空氣中分離出氧氣、氮氣、氬氣等氣體，是煤制甲醇化工生產(chǎn)裝置中的重要組成部分?？辗盅b置主要包括空氣壓縮、空氣凈化、空氣的冷卻及液化、精餾等單元。

1 深冷分離法

深冷分離法，簡單的講即為通過不同的溫度來最大程度的對氣體進(jìn)行分離。主要是采取一種機械性的方式，例如通過不同手段讓氣體實現(xiàn)膨脹，再根據(jù)各種不同氣體各自的沸點不同，對它們再進(jìn)行降溫冷卻。不同的氣體通過這種方式實現(xiàn)了較為精準(zhǔn)的分離。在我國，制取氧氣的80%都是來源于這種方法。這種方法分離出的氣體精度相對較高，但是在分離過程當(dāng)中的成本也較大。這種方法比較適合空氣中比重較大氣體含量的分離，比如氮氣和氧氣的制取就非常適合，而在分離在空氣中所占比重較小的氣體時則顯示出他的不足與局限性。盡管我們當(dāng)前在改進(jìn)技術(shù)管理等方面一直在努力，也取得了不小的成就，但是水平仍有待于進(jìn)一步的提高。

2 深冷分離法基本原理及其對應(yīng)的空氣分離裝置

深冷分離法在空氣分離上，工作原理較為簡單。它把空氣作為原料，經(jīng)過一系列的程序，包括大幅度的濃縮、有步驟的凈化，以及還要使用熱交換的方法使空氣液化成液態(tài)的空氣。大致如下：空氣在進(jìn)入壓縮機之前要先通過空氣的過濾裝置進(jìn)行過濾，使其更加純凈后再進(jìn)入空氣壓縮裝置中，壓縮到了具有合適壓力后再進(jìn)入空氣的冷卻裝置中，使空氣的溫度迅速地降低。在此基礎(chǔ)之上，再對空氣進(jìn)行干燥處理，可以通過空氣干燥凈化器來進(jìn)行，使空氣中一些不被需要的物質(zhì)被清除，比如所含的水分、二氧化碳等物質(zhì)。在空氣分離的裝置的設(shè)置中，也必須要保障兩種流液被很好的處理和收集。一方面，空氣被凈化后要保證其進(jìn)入空氣分離裝置中的主換熱增熱容器中，未獲得通過的，即返回來的液態(tài)氣體通過冷卻裝置達(dá)到最佳溫度時，再送入凈化蒸餾容器的底部，在容器上部能夠充分搜集氮氣，在底部的液態(tài)空氣再進(jìn)行冷凝，通過一系列的冷凝裝置進(jìn)行冷凝蒸發(fā)，氮氣最終被冷凝，部分最后對滯留的液體進(jìn)行分節(jié)設(shè)置。當(dāng)然，也可以把它再次流入主要的換熱增熱容器中，之后到達(dá)一定程度進(jìn)入膨脹的容器中進(jìn)行膨脹，降溫，一部分的氣體可以被再分離和再次的利用，其他的部分也會被排入大氣。由此可以看出，要建立空氣分離裝置，一方面做到空氣的深度壓制縮小并對空氣進(jìn)行徹底的凈化；另一方面即是空氣的最終分離。當(dāng)然，從空氣分離出來的液態(tài)氮氣也應(yīng)有專門的容器進(jìn)行液態(tài)的貯藏和運輸。在對其設(shè)備進(jìn)行檢查時，必須要確保液態(tài)氮氣的密封性好，安全的進(jìn)入對應(yīng)的容器里。

3 空分裝置的特點

3.1 流程特點

空分裝置采用液氧內(nèi)壓縮、空氣膨脹流程，具有安全性好、可靠性高、操作維護(hù)方便、投資成本低、配置更合理的特點。

3.2 成套設(shè)備機組特點

3.2.1 脈沖反吹自潔式空氣過濾器

脈沖反吹自潔式空氣過濾器的主要部件包括：空氣濾筒、脈沖反吹系統(tǒng)、凈氣室、框架、控制系統(tǒng)。反吹系統(tǒng)由氣動隔膜閥、電磁閥、專用噴嘴及壓縮空氣管路組成?？刂葡到y(tǒng)主要由脈沖控制儀、差壓變送器、控制電路等組成。

自潔式空氣過濾器的凈氣室出口與空壓機入口連接，在負(fù)壓的作用下，從大氣中吸入加工空氣?？諝饨?jīng)過過濾筒，灰塵被濾料阻擋。無數(shù)小顆粒粉塵在濾料的迎風(fēng)表面形成一層塵膜。塵膜可使過濾效果有所提高，同時也使氣流阻力增大。

3.2.2 預(yù)冷系統(tǒng)

采用水和空氣直接接觸式的空冷塔，既降低空氣溫度，改善分子篩的工作環(huán)境，同時又洗滌空氣中的機械雜質(zhì)和酸性氣體。利用效率高，阻力小的散裝填料塔，不但能夠有效確保塔的換熱性能，還能夠有效降低阻力，使得空壓機出口的壓力極大的降低，最終起到降低能耗的作用。液體的分布裝置使用的分布器較為新型、高效，能夠?qū)⑺浞值呐c空氣接觸，確保塔的熱換性能，使得冷凍水量有所降低，最終實現(xiàn)降低能耗的目的。氮水冷卻塔使用的散裝填料塔較為高效，且能夠?qū)⑽鄣睦淞窟M(jìn)行充分的回收。使用的冷凍水泵以及冷卻水泵均采用一用一備的方式，從而有效確保裝置的可靠性。

3.2.3 純化系統(tǒng)

分子篩吸附器使用了活性氧化鋁和分子篩構(gòu)成的雙層床結(jié)構(gòu)，底層的活性氧化鋁床層能夠?qū)Ψ肿雍Y進(jìn)行有效的保護(hù)，使得分子篩的使用壽命有所延長，利用雙層床能夠有效降低吸附器的再生阻力，降低其再生溫度，大大的節(jié)省了再生能耗。

純化系統(tǒng)閥門主要由三桿閥控制，每個閥門都有開關(guān)兩個信號，而且均有開關(guān)狀態(tài)回饋，如果閥門卡死在中間狀態(tài)或在切換過程中，操作員可以根據(jù)生產(chǎn)需要選擇暫停自動控制程序，使所有閥門保持在該操作狀態(tài)不變化，也可以恢復(fù)運行自動控制程序，讓純化系統(tǒng)繼續(xù)投入正常工作時序。

分子篩純化系統(tǒng)使用的是長周期設(shè)計的方式，單個吸附器吸附的時間為4h，能夠有效延長分子篩以及閥門的使用壽命，切換所造成的損失也會減小，同時將切換而引起的壓力波動次數(shù)有所降低，確保主塔工況足夠的穩(wěn)定。

分子篩的切換系統(tǒng)主要使用無沖擊切換方式，利用帶調(diào)速器的切換閥，確保閥門的開關(guān)較為緩慢，勻速進(jìn)行切換；均壓閥使用的是正反流通能力相近的且具備良好調(diào)節(jié)性能的進(jìn)口閥門，采用分程控制的原則，確保裝置充氣過程足夠的平穩(wěn)，工況的相對穩(wěn)定；污氮放空閥使用的預(yù)開放式，避免上塔出現(xiàn)“憋壓”的問題。切換系統(tǒng)使用DCS自動控制方式，其中包含有壓力壓差進(jìn)行自動判斷，與閥位反饋信號進(jìn)行有效配合，能夠使得切換系統(tǒng)的可靠性得到保障。

3.2.4 精餾塔系統(tǒng)

精餾塔系統(tǒng)主要分為上塔、下塔和冷凝蒸發(fā)器。上塔采用規(guī)整填料，可以提高效率，降低空壓機排壓，提高裝置提取率，降低能耗。下塔采用高效篩板塔，可以節(jié)省投資。冷凝蒸發(fā)器常見的型式有板翅式和管式兩種，因板翅式冷凝蒸發(fā)器采用的是全鋁結(jié)構(gòu)，主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小，而且制造容易，因此，在大中型空分設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。

待分離的原料進(jìn)入上塔，進(jìn)料板以上為精餾段，以下為提餾段。其中精餾段所起的作用是將上升汽相中的重組份不斷冷凝分離，汽相中輕組份不斷提純。提餾段的作用是將下流液相中輕組份不斷汽化分離，液相中重組份不斷提純。冷凝蒸發(fā)器則是聯(lián)系上塔和下塔的紐帶，它用于上塔底部的液氧和下塔頂部的氣氮之間的熱交換。液氧在冷凝蒸發(fā)器中吸收熱量而蒸發(fā)為氣氧，作為上塔的上升蒸氣；氣氮在冷凝蒸發(fā)器中放出熱量而冷凝成液氮，作為下塔的下流液體。通過精餾，實現(xiàn)了空氣的分離。

3.2.5 控制系統(tǒng)

空分裝置采用DCS集散型控制系統(tǒng)。結(jié)合選用國際先進(jìn)的DCS系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥、在線分析儀等測控組件，除了確?？辗盅b置的正常運行外，還可以在裝置出現(xiàn)事故停車時保證設(shè)備安全。

結(jié)語

總而言之，市場的主要選擇依舊是低能耗、高效能以及安全生產(chǎn)的空分裝置，利用對現(xiàn)階段空分技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的空分技術(shù)進(jìn)行比較，空分技術(shù)在工藝流程方面和設(shè)備選擇方面都有較好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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