气体深冷分离工艺分析

周晓龙

摘要：气体深冷分离技术能够有效提升气体的分离质量，获得更为纯净的氧气。通过温度控制的方法，可以对空气中的各个组分进行精馏分离处理，获得纯度较高的产品，就是深冷分离工艺的技术特征。在气体深冷分离工艺技术的优化过程中，为了进一步满足气体生产企业的发展需要，获取更高质量的气体，就必须做好技术改进与升级，本文就气体深冷分离工艺技术的工艺做了分析，以供参考。

关键词：气体；深冷分离；工艺技术；探讨

引言

在氧气生产过程中，选择气体分离装置，实施气体的深冷分离工艺，使空气得到分离处理，满足制氧工艺的技术要求。通过降低温度的方式，将空气进行精馏分离处理，得到较高纯度产品的生产工艺，都属于深冷分离工艺。对气体深冷分离工艺技术进行优化，满足气体生产企业的需求，获得更高纯度的气体，满足市场的需求。

一、气体深冷分离工艺概述

气体深冷分离工艺是一种通过多种组分混合气体经过一系列的物理、化学分离手段实现精准分离，最终获取纯净气体产品的技术。该技术在应用过程中会经历压缩、降温、液化、膨胀等多个环节，同时内部组分自身的物理性质不同，可以采用温度控制-气化的方式进行分离，这也是气体深冷分离工艺的技术核心之一。在利用深冷分离工艺技术时，需要综合考虑到高压低温物理分离工艺的过程，包括节流制冷、减压工艺以及节流控制工艺等内容，通过多种工艺协调，才能够实现能源控制效率最大化，提升工艺应用的经济效益与社会效益。在整个技术应用过程中，还需要考虑到环保等方面的问题，确保该技术能够得到应用和推广。

二、低温精馏技术分析

由于空气中除了含有氧气、氮气之外，还含有二氧化碳、粉尘、水蒸气等杂质，在气体分离技术中，为了防止这些杂质对设备造成的损坏，通常会在空气进入压缩机之前对气体中的杂质通过自洁式空气过滤器清除。经压缩之后的空气，进入空气冷却塔使用冷却水和冷冻水进行接触式降温。在降低压缩空气温度的同时进一步除去空气中的杂质。通过分子筛干燥器再次吸附空气中残存的水分、二氧化碳、乙炔等杂质后，在热交换器中被冷却至饱和温度后送入下塔的下部，作为上升气进行精馏。下塔的上升气每经过一块塔板，与塔板上的液体进行热与质的交换:气相中的难挥发组分氧逐渐被冷凝，液相中的易挥发组份氮逐渐被蒸发。这样在下塔的顶部得到高纯氮气，在下塔的底部得到富氧液空。富氧液空经节流降压后送到上塔中部进行二次精馏。与下塔精馏的原理相同，液体下流时，经多次部分蒸发，氮较多地蒸发出来，于是下流液体中的含氧浓度不断升高，到达上塔底部可得到高纯度的液氧，这部分液氧在冷凝蒸发器中吸热而蒸发成气氧，作为上塔的上升气再次参与精馏过程。

液氧的一部分可以作为产品引出，而氮较多地蒸发到气相中，最终聚集到上塔顶部。上塔顶部的高纯氮可以做为产品经过压缩机加压后送给用户。空分装置的低温精馏技术又称为气体深冷分离技术。

三、气体深冷分离工艺的探讨

通过对气体深冷分离工艺技术的研究，能够得到更好的气体深冷分离技术，利用效率更高的技术，气体深冷分离的利用面会更广，能够取得高质量的产品，以此来满足气体生产的基本要求，并以此生产出更合格的下游产品。

（一）气体深冷分离技术的核心

由于组成空气的主要成分氮气、氧气的沸点存在差异，因此利用精馏塔针对沸点来对各个成分进行分离。而为了防止空气中的其余杂质（如粉尘、二氧化碳、水蒸气等）影响到整个设备的运行，在将空气送进分馏塔之前应该将其中的杂质除去，方法主要是自洁式空气过滤器和分子筛。而降低温度生产的目的，是由于精馏过程需要产生对流介质，以达到提纯的目的，所以需要深冷工艺。利用深冷分离工艺技术，对空气进行组分分离，让空气分离后达到纯度标准，在进行空气的净化分离处理的进程中，此项技术得到了非常广泛的应用。气体深冷分离工艺技术中，可以在气体分离后期提高成品气体的温度，但在进行分离的过程当中，需要通过降低温度来提高该工艺的生产安全性和提纯可能性。通过对气体深冷分离工艺技术进行优化，优先选择效率最高的生产设备，提高设备运行时的安全性，保证能够达到生产工艺的基本要求，避免出现会影响生产安全的超压运行，最终达到提高安全和提升产品质量的目的。

（二）氧气与氮气的深冷分离工艺技术方法

空气中主要的两大组成部分是氮气和氧气，通过使用深冷分离工艺技术方法来分离氧气与氮气，是空分深冷工艺的主要目的。其主要生产工艺如下：首先需要将空气中的杂质清理干净，利用自洁式空气过滤器将空气中的粉尘，固体颗粒清除干净。经过处理后的空气通过空气压缩机进行增压，增压后的空气进入空气冷却塔中进行预冷，空冷塔分为上下两段，下段为循环水冷却，上段为冰机冷水冷却，减温过程既降低了气体温度，也通过水气的接触除去了气体中的杂质，达到了净化的目的。出空冷塔的气体进入分子筛，利用分子筛的吸附性除去混合空气中的水蒸气和二氧化碳，防止后期膨胀过程中冻堵现象的发生。出分子筛后的干燥气体分成两部分，大部分直接进入主换热器，小部分通过增压机和膨胀机成为降温过程的主要冷源，通过主换热器后的干燥空气进入精馏塔下塔作为上升气体。通过膨胀机后的气体进入上塔中段，作为上升气体。进入上塔气体逐渐积累冷量，经过气液对流，会在上塔底部逐渐形成液氧层，下塔气体通过上塔底部的冷凝蒸发器吸收冷量液化，会得到粗液氮，这部分液氮分为两部分，大部分返回下塔参与下塔精馏，小部分进入上塔顶部参与上塔精馏，之外还有部分液体参与到上下塔精馏当中，最终在上塔顶部获得高纯度气氮，在上塔底部获得高纯度液氧，生产后的产品通过换热器和压缩机调整至可使用温度及压力后送至各用户。

（三）气体深冷分离工艺的设备

为了能够达到气体深冷分离的最佳效果，气体深冷过程中设备选择较为重要。其中主要设备包括自洁式空气过滤器、空气压缩机、空冷塔、循环水泵、冰机、分子筛、主换热器、膨胀机、压缩机、精馏塔，以及外送用户使用的压缩机等。这些设备的共同作用保证了产出氮气、氧气的质量。针对不同部分需要选择的设备形式也不同。比如空气压缩机，需要的气体参数为连续的、压力较低的空气，因此一般会选择连续型离心式压缩机。而送至用户的气体一般需要较高压力以满足长管道输送，因此会采用往复式压缩机。对于设备也需要定期维护保养，因此针对部分设备一般采取一用一备的使用方法，以保证在设备维修保养过程中不影响整体的生产，提高效率。而设备的正常保养过程根据设备自身性能而定，一般设备运行两到三个月需要倒机检查，保证设备不存在长期疲劳工作，防止产生安全影响。

三、总结

综上所述，气体深冷分离技术对于强化气体深冷分离效果，提升生产转换率具有重要的作用和价值。借助于压缩机的制冷控制策略，能够有效提升压力与温度控制水平，以此来实现混合器的精准分离，获得目标产品的同时可以获得多种纯净的副产品。在应用深冷分离处理技术的过程中，气体的分离安全性也需要得到足够的重视，通过避免出现气体的泄露事故，可以有效防范环境污染问题，提升气体分离工艺的安全性，并降低生产成本，提升气井分离效率，以此来实现工业现代化的生产目标与要求。

参考文献：

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