空气分离技术方法

1方法

空气分离三种技术方法：吸附法、膜分离法及低温法。

吸附法：利用分子筛对不同分子的选择吸附性能来达到最终分离目的，该技术流程简单，操作方便，运行成本低，但获得高纯度产品较为困难，而且装置容量有限，所以该技术有其局限的应用范围。

膜分离法：利用膜渗透技术，利用氧、氮通过膜的速率的不同，实现两种组分的粗分离。这种方法装置更为简单，操作方便，投资小但产品只能达到28% --35%的富氧空气，且规模只宜中小型化，只适用于富氧燃烧及医疗保健领域应用。

低温法：利用空气中各组分沸点的不同，通过一系列的工艺过程，将空气液化，并通过精馏来达到不同组分分离的方法。这种方法较前两种方法可实现空气组分的全分离、产品精纯化、装置大型化、状态双元化（液态及气态），故在生产装置工业化方面占据主导地位。和传统的分离相比，这些气体的分离需在100K以下的低温环境下才能实现，所以称之为低温法（或深冷法）。

工业应用最为广泛的就是低温空气分离技术。

2基本原理

空气压缩、空气净化、换热、制冷与精馏是空分的五个主要环节。

3设备组成

低温法分离空气设备均由以下四大部分组成：空气压缩、膨胀制冷；空气中水分、杂质等净除；空气通过换热冷却、液化；空气精馏、分离；低温产品的冷量回收及压缩。各部分实现的方式和采用的设备不同，组成不同的流程。

4流程

根据制冷方式分类

1)按工作压力分为高压流程、中压流程和低压流程。高压流程的工作压力高达10.0～20.0MPa，制冷量全靠节流效应，不需膨胀机，操作简单，只适用于小型制氧机或液氮机。中压流程的工作压力在1.0～5.0MPa，对于小型空分装置由于单位冷损大，需要有较大的单位制冷量来平衡，所以要求工作压力较高，此时，制冷量主要靠膨胀机，但是节流效应制冷量也占较大的比例。低压流程的工作压力接近下塔压力，它是应用最广的流程，该装置具有低的单位能耗；

2)按膨胀机的型式分为活塞式、透平式和增压透平式。活塞式膨胀量小，效率低，只用于一部分旧式小型装置。透平式由于效率高，得到最广泛的应用。对低压空分装置，由于膨胀后的空气进入上塔参与精馏，希望在满足制冷量要求的情况下膨胀量尽可能地小，以提高精馏分离效果。增压透平是利用膨胀机的输出功，带动增压机压缩来自空压机的膨胀空气，进一步提高压力后再供膨胀机膨胀，以增大单位制冷量，减少膨胀量。这在新的低压空分流程中得到越来越广泛的应用；

3)按膨胀气体分为空气膨胀流程和氮膨胀流程。膨胀后空气进上塔会影响精馏；氮气膨胀使主冷中氮的冷凝量减少，即进入上塔的回流液减少，同样对上塔精馏有影响，二者各有优缺点。

按净化方式分类

1)冻结法净除水分和CO2。空气在冷却过程中，水分和CO2在换热器通道内析出、冻结；经一定时间后将通道切换，由返流污氮气体将冻结的杂质带走。根据换热器的型式不同，又分为蓄冷器和板翅式切换式换热器。这种方式切换动作频繁，启动操作较为复杂，技术要求高，运转周期为1年左右；

2)分子筛吸附净化流程。空气在进入主换热器前，已由吸附器将杂质净除干净。吸附器的切换周期长，使操作大大简化，纯氮产品量不再受返流气量要求的限制，运转周期可达两年或两年以上，受到越来越广泛的应用。

按分离方式分类

低温法分离空气是靠精馏塔内的精馏过程。

1)根据产品的品种分为生产单高产品、双高产品、同时提取氩产品或全提取稀有气体等流程；

2)根据精馏设备分为筛板塔和规整填料塔等。

3)按产品的压缩方式分类

可分为分离装置外压缩和装置内压缩两类。装置外压缩是单独设置产品气体压缩机，对装置的工作没直接影响。装置内压缩是用泵压缩液态产品，再经复热、气化后送至装置外。相对来说内压缩较为安全，但是，液体泵是否正常将直接影响到装置的运转。

5设备特点

利用深冷法制氧，首先要将空气液化，再根据氧、氮沸点不同将它们分离开来。空气液化必须将温度降到-140.6℃以下。一般空气分离是在-172～-194℃的温度范围进行的。用深冷法制氧的设备具有以下特点：

1)低温换热器、精馏塔等低温容器及管道置于保冷箱内，并充填有热导率低的绝热材料，防止从周围传入热量，减少冷损，否则设备无法运行；

2)用于制造低温设备的材料，要求在低温下有足够的强度和韧性，以及有良好的焊接、加工性能。常用铝合金、铜合金、不锈钢等材料；

3)空气中高沸点的杂质，例如水分、二氧化碳等，应在常温时预先清除。否则会堵塞设备内的通道，使装置无法工作；

4)空气中的乙炔和碳氢化合物进入空分塔内，积聚到一定程度，会影响安全运行，甚至发生爆炸事故。因此，必须设置净化设备将其清除；

5)贮存低温液体的密闭容器，当外界有热量传入时，会有部分低温液体吸热而气化，压力会自动升高。为防止超压，必须设置可靠的安全装置；

6)低温液体漏入基础，会将基础冻裂，设备倾斜。因此必须保证设备、管道和阀门的密封性，要考虑热胀冷缩可能产生的应力和变形；

7)被液氧浸渍过的木材、焦炭等多孔有机物质，当接触火源或给以一定的冲击力时，会发生激烈的燃爆。因此，冷箱内不允许有多孔性的有机物质。对液氧的排放，应预先考虑有专门的液氧排放管路和容器，不能走地沟；

8)低温液体长期冲击碳素钢板，会使钢板脆裂。因此，排放低温液体的管道及排放槽不能采用碳素钢制品；

9)氮气、氩气是窒息性气体，其液体排放管应引至室外。气体排放管应有一定的排放高度，排放口不能朝向平台楼梯；

10)氧气是强烈的助燃剂，其排放管不能直接排在不通风的厂房内。