探讨化工企业空气分离装置工艺流程的选择

探讨化工企业空气分离装置工艺流程的
选择
1.
兰州石化公司化肥厂甘肃兰州 730060；
2.
兰州石化建设公司甘肃兰州 730060
摘要：在空气分离装置中，通常包含着较多的安全指标，如温度、杂质与压力，就大部分的化工企业来讲，无论是工业生产还是运转，空分设备都为非常重
要的配套装置，文章通过分析一些常见的空分方式，探究企业空分设备工艺流程
的选取，以期能为有关人士提供借鉴。

关键词：化工企业；空分装置；工艺流程；低温精馏
引言：随着国内经济的增长，新工业及技术取得了较快的发展，气体工业也
不例外，它的发展规模变得越来越大。

这几年以来，空气分离发展较快，工厂持
续引入好的技术，同时也在强化自主研发，诞生了更多的新产品，尤其是空分装置。

众所周知，在化工领域需要很多的氮与氧，二者属于非常关键的原料气体，
往往被当作动力气来使用。

因此，空分装置的安全与稳定，能够直接决定企业运
营与生产，并且也为一项有力的保障。

当对空分装置进行选取时，需要加以分析
多项因素，如产品纯度、性能高低与经济性等，尽可能确保企业经济效益。

1.概述
在很多化工厂中，就氮以及氧来讲，它们都为不可缺少的原料气体，前者还
往往被当作保护气，所以，安全稳定的空分装置，为顺利生产的有力保障。

当对
设备进行选取时，有着较多需要考虑的因素，如经济性与稳定性。

在空气组成中，大概有78%的氮气，21%的氧气，怎样更好对二者进行分离，为一项重要的研究内
容[1]。

现如今，可供选用的分离技术较多，如膜分离工艺。

对于变压吸附以及膜
分离来讲，二者发展时间相对短，在用气量不大的情况下，得到了广泛的推广；
伴随分离工艺的进步，低温精馏也在持续革新，它为一种常用的分离技术。

它们
各有利弊，对于相关企业来讲，应当结合生产需要，综合考虑，选取相应的工艺
流程，在确保生产安全进行的同时，也创造可观收益。

2.变压吸附分离工艺
在该工艺中吸附塔是非常重要的，对于不一样的组分，根据它们吸附速率的差异，对以上两种气体实行分离。

当吸附未处于平衡状态时，被富集起来，从而诞生产品气体。

接下来，进行降压处理，直至变为常压，使得废气与杂质再生。

共设计2个吸附塔，分别用来吸附以及脱附，借助PLC控制器，对气动阀进行掌控，促使2个吸附塔能够交替循环，从而不断形成氧气或氮气。

就这一工艺来看，运行能耗较低，参数更为可靠，能够达到无人操作目标，同时大多数是组合结构，易于开展安全及维修作业，不过也有着一定不足之处，也就是气体压力不高，产品纯度不够理想。

就产品气体压力来讲，通常介于0.4兆帕至0.8兆帕之间。

对于制氧及制氮纯度，前者一般介于91%至95%之间，后者通常介于95%至99.9%之间，当气量相对小时，差不多接近于百分之百。

该工艺规模相对小，无论是装置能力还是尺寸，都和产品纯度息息相关。

对于制氧处理量，通常不超过每小时500Nm3；对于制氮处理量，一般在每小时1000Nm3上下，当纯度介于95%至99%之间时，处理量能够达到每小时6000Nm3，当纯度大于等于99.99%时，对于成熟产品来讲，只达到每小时600Nm3。

3.膜分离工艺
在膜中针对不一样的气体，该工艺根据它们溶解以及扩散系数的不同，进而实现对气体的有效分离。

基于驱动力以及压力差影响，一些渗透较快的气体，像
H
2以及O
2
，在透过膜之后，这些气体会进一步被富集，一些渗透较为缓慢的，像
N
2
，在滞留侧也同样会被富集，这样就可以实现气体分离目标。

就膜分离装置来讲，它的结构趋于紧凑，所产生的噪音并不大，运行能耗不高，占地范围小；可以短时间内启动，通常情况下，在五分钟至十五分钟之间，就能够提供产品气体。

能够达到无人操作目的，结构多数为成箱式，便于开展安装作业[2]。

设备不复杂
而且方便，不过也有着一定的不足之处，使用年限很大程度上与膜有关，在其出现老化之后，不易开展维修处理，分离能力存在局限性，对于氧气及氮气产品，前者的纯度一般达到45%，后者的纯度通常介于95%至99%之间，在诸多方面得到了较好的推广，如污水处理。

4.低温精馏工艺
针对氧、氮，该工艺根据二者沸点的不同，从而达到气体分离的目的。

原理为：处于高压低温条件，把空气进行液化处理，结合二者沸点的不同，于精馏塔，由精馏传质传热，从而实现分离目标。

通过低温精馏装置所形成的气体产品，它们的气量较大、纯度相对理想、压力大，在化工领域，对于这些方面常常有着较高的要求。

这是前两种工艺难以达到的，而通过低温精馏工艺，能够很好符合使用者这些需求。

如今在氧处理量上，通过低温空分设备，可以达到每小时6*104Nm3，纯度能够超过99.8%；另外，在氮处理量上，一般可以达到每小时8*104Nm3，含氧量不超过5ppm；能够制造诸多的低温液体产品，如众所周知的液氮。

该工艺启动需要一定的时间，操作并不简单，负荷调整范围不大，当为这样的供气工况时，也就是气量大、流量波动不大，低温精馏有着较好的适用性。

如今该工艺已结合使用者需求，发展出较多的流程。

任何产业的发展，都应该朝着科技化、规范化及规模化的趋势开展，对于化工企业来讲，当对空分流程进行选取时，应当结合自身的具体状况，全面考量，以便能够选取最为合适的配置。

确保企业生产正常开展，在减少能耗的同时，为企业创造更为可观的效益。

现如今的空分技术，还应该对其持续优化，加大研究力度，推动空气分离技术取得更大的发展。

（1）根据原料工作压力分。

按照工作压力的不同，能够分为多种流程，对
于高压流程，空气被加压至10兆帕至20兆帕，通过节流效应，进一步来供应所
有冷量，就制氧机以及液氮机来看，有着较好的适用性；对于中压流程，气体被
加压至1兆帕至5兆帕，通过节流效应以及膨胀机，进一步来供应所有冷量，前
者所供应的冷量相对多；对于低压流程，气体被加压至0.6兆帕至0.7兆帕，一
般情况下，通过对膨胀机的使用，进一步来供应所有冷量[3]。

伴随容量的变大，
膨胀机的最佳转动速度会变慢，效率提升，因此在空分设备中该流程得到大力推广，运行能耗较低。

（2）根据产品压缩形式分。

按照压缩形式的差异，一般可以分成以下两种
流程，对于外压缩来讲，就是基于冷箱外，通过氧、氮压机，对产品气体进行加
压处理，直至满足生产需求；对于内压缩，就是借助液体泵，对产品气体进行增
压处理，直至满足设置要求，接下来，通过换热器复热至常温，向人们提供使用。

前一种流程发展相对早，技术较为成熟，同时因为可以实现国产化，所以对
于氮、氧压机，都能够选择国产机型，因此在整体投资上较低。

实际上，因为氧
气压缩存在一定危险性，所以该流程通常被运用于这样的工况，也就是针对氧气
产品，其压力不超过3兆帕；另外，对于液氧来讲，它可能出现碳氢积聚，为避
免事故出现，应当引出排液管，这样也有助于达到安全排放。

第二种流程被大力
推广于大型化工项目。

在该流程中，通过对液体泵的使用，对低温液氧进行加压
处理，防止了高温氧气的发生，降低了发生火灾的几率。

在内压缩流程中，需要
抽取很多的液氮，防止了碳氢积聚；同时，蒸发压力较大，让温度变高，避免烃
类积聚。

所以，当产品压力超过3兆帕时，都可以选择该流程。

除此之外，对于
其中的增压机以及空压机，在对二者进行布置时，所需占地面积较小，同时便于
进行维护。

结论：如今，空气分离设备取得了较大的进步，逐渐向着专业化、规范化的
趋势发展，对于相关企业来讲，在对空分流程进行选取时，需要结合具体情况全
面考量，选取最为合适的配置，同时在确保安全生产的基础上，切实增加生产收益，尽可能减少能耗。

参考文献：
[1]杨保宏.化工企业空气分离装置工艺流程选择探究[J].现代盐化
工,2021,48(03):41-42.
[2]徐金永.浅析空气分离装置在化工企业中流程选择[J].化工设计通
讯,2020,44(02):125.
[3]何永,席俊峰.化工企业空气分离装置工艺流程选择[J].化工管理,2020,(09):115.。