譚思偉

（廣州廣鋼氣體能源股份有限公司，廣東 廣州 510381）

近年來(lái)，隨著我國(guó)大型空氣分離技術(shù)的發(fā)展，很多工廠中也引進(jìn)了先進(jìn)的外國(guó)技術(shù)，并且越來(lái)越多自主創(chuàng)新技術(shù)也被運(yùn)用到其中，而空氣分離裝置就是當(dāng)前重要的產(chǎn)品之一。在進(jìn)行雙泵內(nèi)壓縮流程的工藝創(chuàng)新中，也要注重安全問題以及創(chuàng)新性能等問題，由此為企業(yè)工廠經(jīng)濟(jì)效益的提升提供保障。

1 空氣分離的關(guān)鍵方法

空氣分離形式主要包括低溫與非低溫2 種形式，后者方法有吸附、膜分離以及化學(xué)分離的形式。因當(dāng)前大規(guī)模地制取氧、氮?dú)獾囊寒a(chǎn)品需求較大，尤其是對(duì)于高純度的產(chǎn)品，其低溫分離方法有著不能取代的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并且，低溫分離法是實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)氬等不同稀有氣體的最有效的方法，因此低溫法在當(dāng)前的空氣分離工業(yè)應(yīng)用中，是最為重要的技術(shù)。

對(duì)于變壓吸附法來(lái)說(shuō)，其開發(fā)時(shí)間是20 世紀(jì)50 年代末，因其具有獨(dú)特的靈活性、投資比較少且能耗低等優(yōu)勢(shì)，得到廣泛認(rèn)同。在近幾年的時(shí)間里，變壓吸附空分的富氧技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。而膜分離空分技術(shù)作為隨后興起的技術(shù)，涉及到高分子材料的領(lǐng)域，逐步被認(rèn)同，并廣泛應(yīng)用。

1.1 變壓吸附的空氣分離工藝技術(shù)

對(duì)于變壓吸附的分離工藝技術(shù)，其基本的原理就是針對(duì)氮?dú)馀c氧氣在空氣當(dāng)中的吸附率不同，由此滿足兩者間的分離要求。該工藝最為關(guān)鍵的部分就是吸附塔，可以實(shí)現(xiàn)吸附氣體的效果。通過這樣的形式能夠有效地滿足氧氣與氮?dú)忾g交替循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)再生產(chǎn)的效果。

1.2 膜分離的工藝技術(shù)

膜分離的工藝技術(shù)的原理就是針對(duì)氣體當(dāng)中膜內(nèi)溶解度、滲透率的不同，有效實(shí)現(xiàn)分離效果。而氣體在穿透膜的情況下，其外部驅(qū)動(dòng)以及膜兩側(cè)的壓力差作用下，在滲透率不同的情況下，其氣體會(huì)在膜不同的位置進(jìn)行聚集，以此能夠滿足氣體分離的效果。而膜分離的技術(shù)是必須方便安裝以及操作的，實(shí)際中的噪聲比較小，所占的面積也是有限的，啟動(dòng)時(shí)間較短，可是膜在老化后就不能運(yùn)用了，因此會(huì)有較為昂貴的維修費(fèi)用，另外產(chǎn)氣的純度也會(huì)隨之變差。膜分離法是當(dāng)前世界發(fā)展當(dāng)中一種高新的技術(shù)形式，是高分子的材料科學(xué)，因?yàn)槟し蛛x是沒有相變的，也不需要進(jìn)行再生，因此膜分離技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)以及投資少的優(yōu)勢(shì)。膜分離技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，能夠在合成氨放空氣中回收相應(yīng)的氫氣，也能從天然氣當(dāng)中提取氦氣、進(jìn)行二氧化碳的回收，而甲醇等合成氣也能進(jìn)行調(diào)比。另外，氣體的膜分離技術(shù)也能運(yùn)用于空氣分離中，其能夠直接生產(chǎn)氮?dú)?，純度也能達(dá)到99.9%；該方法也能直接生產(chǎn)出富氧的空氣，濃度也能達(dá)到50%以上。

1.3 低溫精餾的工藝技術(shù)

所謂的低溫精餾工藝，其就是運(yùn)用氧氣與氮?dú)夥悬c(diǎn)不同來(lái)滿足分離效果。而且高溫和低壓可以影響到氣體的沸點(diǎn)，因此該工藝主要就是運(yùn)用高壓和低溫環(huán)境，將空氣實(shí)現(xiàn)液化，并經(jīng)過精餾塔進(jìn)行精餾傳質(zhì)傳熱后，有效地從空氣中分離氮?dú)馀c氧氣。對(duì)于該工藝的主要優(yōu)勢(shì)就在于產(chǎn)氣量比較大，而且分離氣體的純度非常高。有效地運(yùn)用雙泵內(nèi)壓縮流程，使得其投資會(huì)變得更低，而且安全性能也會(huì)隨之提升，方便后期操作。其壓縮的空氣會(huì)通過分子篩吸附器，有效地除去雜質(zhì)，主要就是水、CO2以及碳?xì)浠衔锏任镔|(zhì)，之后經(jīng)過換熱器再進(jìn)行冷卻低溫，最后在精餾塔中分離出氧、氮、氬等。裝置需要冷量，經(jīng)過壓縮空氣、壓縮氮?dú)馀蛎浀淖龉?lái)獲取。另外，在地位精餾工藝中，其規(guī)整填料技術(shù)也是常見的工藝。在當(dāng)前環(huán)境下，其規(guī)整填料的形式得到了有效的推廣以及普及，其能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)開展熱質(zhì)交換的效果，也能滿足耗能降低的效果。而且規(guī)整填料能夠在氧氣、氮?dú)庖约皻鍤庵g進(jìn)行高效分離，確保其各個(gè)氣體純度進(jìn)一步提升。另外，其規(guī)整填料能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的變動(dòng)以及操作等要求，在變工況操作中也能起到快速適應(yīng)的效果。在實(shí)際操作過程中，全精餾無(wú)氫制氬的技術(shù)也是低溫精餾工作中重要形式。其全精餾無(wú)氫制氬的技術(shù)，在發(fā)展中是以規(guī)整填料為基礎(chǔ)而得到推廣的，其全精餾無(wú)氫制氬在很多的大型設(shè)備的運(yùn)用中具有明顯的效果和優(yōu)勢(shì)。而且該技術(shù)也具有較強(qiáng)的安全性能，其工藝流程也比較簡(jiǎn)單，整體的操作也非常方便、有效，而且借助該技術(shù)整體產(chǎn)出的氬氣的純度也是非常高的，但是該技術(shù)的費(fèi)用卻非常高，可靠性相對(duì)較差。

2 大型空氣分離裝置雙泵內(nèi)壓縮的技術(shù)原理以及工藝流程

針對(duì)實(shí)際情況的低溫深冷技術(shù)，主要就是對(duì)空氣進(jìn)行壓縮和深冷處理進(jìn)而形成液化狀態(tài)，主要是以氧、氮等空氣組分的沸點(diǎn)不同為原理，一般在大氣壓下的空氣待分離組分的物理性質(zhì)見表1。然后經(jīng)過精餾來(lái)完成氧、氮混合物的分離，其中的低沸點(diǎn)所組分的氮和高沸點(diǎn)組分的氧，經(jīng)過精餾塔盤來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)與熱間的交換，其氮能夠從液相中蒸發(fā)，而且可以使氧從氣相的冷凝后轉(zhuǎn)變?yōu)橐夯螒B(tài)，進(jìn)而達(dá)到氧、氮分離的效果。針對(duì)雙泵內(nèi)壓縮流程技術(shù)，其原理就是運(yùn)用膨脹的空氣進(jìn)入到下塔的形式。液氧會(huì)從主冷抽出，其經(jīng)過液氧泵的壓縮系統(tǒng)到用戶壓力系統(tǒng)，由主換熱器經(jīng)過復(fù)熱后再進(jìn)入到用戶管網(wǎng)。在主換熱器中，其正流壓縮的空氣和被加壓液氧會(huì)實(shí)現(xiàn)熱交換，而液氧會(huì)實(shí)現(xiàn)汽化、復(fù)熱，其高壓空氣隨后就會(huì)被冷卻并液化。對(duì)于正流高壓的液化空氣以及經(jīng)過增壓膨脹機(jī)所完善的膨脹降溫后，空氣會(huì)進(jìn)入到下塔，由此滿足精餾要求。內(nèi)壓縮流程是借助液氧泵對(duì)空氣進(jìn)行增壓的過程，其能夠取代外壓縮流程的氧壓機(jī)效果。

該技術(shù)具體的工藝流程為空氣經(jīng)過空氣過濾器過濾、空壓機(jī)壓縮后、空氣冷卻塔冷卻后進(jìn)入分餾塔，利用氮?dú)飧鯕夥悬c(diǎn)不同的特性，將氮?dú)馀c氧氣分離后各自輸出。雙泵內(nèi)壓縮原理的應(yīng)用使得在滿負(fù)荷狀態(tài)下的電力消耗量降低了6%，且大大縮短了系統(tǒng)的開車時(shí)間。

該工藝流程的優(yōu)點(diǎn)是比較多的，因此也得到了非常廣泛的運(yùn)用，其具有能夠杜絕碳?xì)浠衔镩g聚集的效果，杜絕爆炸危險(xiǎn)，并且能夠使液氧流動(dòng)性變得更強(qiáng)，使裝置更加具有安全性和可靠性，尤其是在運(yùn)行過程中。雙泵內(nèi)壓縮的流程中液氧泵以及液氮泵，要比外壓縮機(jī)的投資成本要少，整體的操作也非常簡(jiǎn)單，比較容易進(jìn)行檢查和維修。另外，其自動(dòng)化的控制系統(tǒng)能夠使整體系統(tǒng)的操作更加便利，對(duì)工作效率的提升有極大的幫助，使得運(yùn)行效率變得更加可靠且有效。

表1 空氣中待分離組分的物理性質(zhì)

3 實(shí)際的工藝創(chuàng)新策略

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，其空氣低溫分離技術(shù)已經(jīng)得到進(jìn)一步的優(yōu)化和發(fā)展，而且在早期發(fā)展中也注重增加產(chǎn)品提取率，注重原空氣的凈化，對(duì)于換熱器效率的提升以及裝置控制優(yōu)化等也提出了一定要求。所以在實(shí)際的大型空氣分離裝置發(fā)展中，應(yīng)注重雙泵內(nèi)壓縮流程工藝的研究和創(chuàng)新，為空氣分離工藝水平的提升提供保障。

以降低電力的消耗為目的進(jìn)行改造和優(yōu)化。針對(duì)空氣分離的裝置，在運(yùn)行開啟時(shí)，會(huì)因電力消耗高，導(dǎo)致運(yùn)行的成本提升。為了降低其電力的消耗，就必須要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改善，由此對(duì)整體成本進(jìn)行有效的控制。

對(duì)變負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，其有著連續(xù)性化工生產(chǎn)的特點(diǎn)，而對(duì)于其后面的工序有可能會(huì)影響到生產(chǎn)的負(fù)荷變動(dòng)。想要確保系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性，并保證其產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)量不被影響，就必須要對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，通過化解矛盾，使產(chǎn)量以及質(zhì)量不受系統(tǒng)的影響，確保整體工作有效開展。

加強(qiáng)高壓空氣量的調(diào)配。在空氣分離裝置當(dāng)中的負(fù)荷，能夠結(jié)合需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于調(diào)節(jié)的范圍比較大，并且高壓氮用量的波動(dòng)也非常大，因此容易導(dǎo)致其系統(tǒng)存在冷損失的問題。因此，必須要?jiǎng)?chuàng)新改造空氣的分離裝置，裝置中應(yīng)該添加球閥，這樣能更好地控制系統(tǒng)的冷損失。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)石油和化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐漸向科技化、專業(yè)化以及規(guī)?；确较虿粩嗲斑M(jìn)。在空氣分離裝置流程的發(fā)展中，也經(jīng)過了多種形式的換代和更新，經(jīng)過創(chuàng)新后，其整體效果也得到了進(jìn)一步的提升，為空氣分離裝置工藝技術(shù)的有效運(yùn)用也提供了保障，使得空氣分離產(chǎn)品能夠有效地運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)中，并發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)和作用。