各种空气分离方法的比较

点 差将 液 空分 离 的过 程 叫精 馏 过 程 。低 温 法 实 现 空 气
分 离 是深 冷 与 精馏 的 组合 ， 是 目前 应 用 最 广 泛 的 空 气 分离 方 法 。低 温 法 优 点 ：产 品纯 度 高 ，氧 浓度 在 ９ ． ％ ９ ６
以上 ，氮 浓 度 在 ９ ． ９ 以上 。产 品 产 量 高 ， 国 内最 大 ９ ９％ 产 氧 量 ９ ０ ０ ｍ／ ， 国 外 最 大 产 氧 量 １ ０ ０ Ｎ 。ｈ ０ ０ Ｎ 。ｈ ２ ０ ０ ｍ／ 。 产 品种 类 多 ， 同 时可 生产 高 纯氧 和 高纯 氮 ，如 果 附 带 提 取 稀 有 气 体 的装 置 还 可 同 时生 产 氩 、氦 、氖 、 氪 、 氙 等 稀 有 气 体 。根 据 用 户 不 同 的需 要 还 可 以生 产 气 体
规 则 运 动 ， 因此 ，空 气 中 的氧 、氮 分 子 是 均 匀 地 搀 混 在 一 起 的 ，要 将 它 们 分 离 开 是 较 困难 的 。 目前 主 要 有
三 种 分离 的方 法 ： （ ） 附 法 一 吸
它 是 让 空 气 通 过 填 充 有 某 种 多 孔 性 物 质一 分 子 筛
各种空气分离 方法 的比较
赵 飞
（ 疆 广汇 新 能 源有 限 公 司， 疆 哈 密 ８ ９ ０ 新 新 ３ ３ ３）
摘要 ： 文章 将新 疆哈 密 广汇 ６ ０ ０ ０ ０ Ｎｍ ｈ内压 缩 空分 装置 与其 它 空分装 置进 行 比较 ，从 中找 出该空 分装 置与 ／
其 它 空分装置 的 不 同点 ，对今后 空分装 置的设 计 、选型 和技 术改造 具有 一定 的指 导和借鉴 作 用。 关键 词 ： 空分 装置 ；内压 缩流程 ；外压 缩流程 ；空气分 离方 法 中图分 类号 ： Ｂ６ ７ Ｔ ５ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： ０ ９ ３ ４（ ０ １ ２ — １ ９ ０ １ ０ —２ ７ ２ １ ） １ ０ ２ — ３
新 疆广 汇新 能源 有 限 公 司年 产 １ ０ 吨 甲醇 ／ ０ ２万 ８ 万
吨 二 甲醚 （ 基 ）项 目６ ０ ０ｍ ／ 空分 装 置采 用 反 吹 煤 ０ ０Ｎ ３ ｈ 自洁式 过 滤 器 、 曼透 平 汽 轮 机 拖 动 的 “ 拖 二 ”压 缩 一 机 组 、 空气 氮 水 预冷 、立 式 双 层 径 向流 分 子 筛 纯 化器 净 化 、液 氧 泵 内压缩 、增 压 制 动 中 压膨 胀 、膨 胀 空气 进 压 力 塔 的工 艺 流程 ，压 力 塔 采 用筛 板 塔 ，低 压塔 采
氮机 。 中压 流 程 的工 作 压 力在 １ Ｏ ５ ０ Ｐ ，对 于 小型 ． ～ ．Ｍ ａ
浓度 一般 适 宜在２ ％ ５ 之 间 ，规 模 也只 宜 中、小 型 ， ８ ￣３％
所 以只适 用于 富氧燃 烧和 医疗 保健 等方 面 。
万方数据
２ １ ７ ｏ 中阖高新投 吐 ０ ｏ １ 李硷
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 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 ，氮 气 膨 胀 后 可 降 到更 低 的温 度 ， 二者 各 有优 缺 点 。
附性 能 ，让 氮 分 子 通 过 ， 因而 可 得 到 纯 度 较 高 的氮 。 由于 吸 附剂 的吸 附容 量 有 限 ， 当吸 附某 种 分 子 达 到饱 和 时 ，就 没 有 继 续 吸 附 的能 力 ，需 要 将 被 吸 附 的物 质
到 １ ０ 以下 的温 度 ，这 种 制 冷 叫 深度 冷 冻 ，而 利 用 沸 ０Ｋ
一
用 。对 于低 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 尽 量 可 能
致 相 抵 ，或 略 有增 加 ，设 备 费用 也 大 体 相 当 ，或 略 有
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 压方 式 比较 一 根
１ ．按 工 作压 力 分 为 高 、 中 、低 压 流程 。高 压流 程
工 作压 力 高达 １ ． ～ ２ ． Ｍ ａ ０ Ｏ Ｏ ０ Ｐ ，制 冷 量全 靠 节流 效应 ， 不 需 要 膨 胀 机 ，操 作 简 单 ， 只适 用 于 小 型制 氧 机 或 液
减少 。但从安全性和可靠性方面来看 ，内压缩流程有
他 的优 越性 。 随着 变 频 液体 泵 的应 用 ， 产 品氧 气 、氦 气 流 量 的 调节 非 常 灵 活 ，产 品纯 度 的稳 定 性也 较 好 ， 是 目前 国 内外 采用 较 多的流 程 。
三 、新 疆 哈 密 广 汇 ６ ０ ０ ０ ０ Ｎｍ３ ／ ｈ内压 缩 空 分 装 置 特 点
驱 赶 掉 ，才 能 恢 复 吸 附能 力 。这 过 程 叫 “ 生 ” 。再 再 生的 方法 可 采取 加 热 提 高温 度 的方法 （ Ｓ ）或 降低 压 ＴＡ 力 的 方 法 （ Ｓ ） 。 这 种 方 法 优 点 ：流 程 简 单 ， 操 作 ＰＡ 方 便 ，运 行 成 本较 低 ，产 品产 出快 开车 ５ 钟 就 能 出产 分 品 。吸 附法 缺 点 ：获 得 高 纯 度 的 产 品较 为 困难 ， 产 品 氧 纯 度 在 ９ ％ 右 ，产 品氮 纯 度 在 ９ ％ 右 。 由于 吸 附 ３左 ９左 剂 的吸 附容 量 有 限被 吸 附组 分 很 快 达 到 饱 和 状 态 ，这 样 造 成 分 子 筛 切 换 周 期 短 （ ～ ２ 钟 ） ，切 换 频 繁 ， １ 分
１９ ２
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
压 缩 到 相 同的 压 力所 消耗 的功 率 比压 缩 同样 数 量 的气 体 要 小 得 多 。并 且 ，液 氧 泵 的 体积 小 ，结 构 简 单 ，费 用 要 比氧 气 压 缩 机 便 宜 的 多 。 液 氧 压 缩 比气 氧 压 缩 较 为安 全 。 由于 不 断有 大 量 的液氧 从冷 凝 蒸 发 器 中排
同 ，组成 不 同的流 程 。
它是 利用 一些 有 机集 合膜 的 渗透选 择 性 ， 当空气 通 过 薄膜 （ ． ｍ ０ １ ）或 中 空纤 维膜 时 ，氧气 的穿透 过薄 膜 的速 度 约为氮 的４ 倍 。从而 实现 氧和 氮 的分 离 。这种 ～５ 方 法装 置简 单 ，操作 方便 ， 启动 快 ，投 资少 ，但 富氧 的
的吸 附塔 ，利 用 分 子 筛 对 不 同 的分 子 具 有 选 择 性 吸 附 的特 点 ，有 的分 子筛 （ ５ 、 １ Ｘ ）对 氮 具 有 较 强 如 Ａ ３等 的 吸 附性 能 ，让 氧 分 子 通 过 ， 因而 可 得 到 纯 度 较 高 的 氧气 ；有 的分 子 筛 （ 分 子 筛 等 ）对 氧 具 有 较 强 的 吸 炭
用 规 整 填 料塔 。 为缩 短 装 置 启 动 时 间 ，本 装 置 内设置 液 氮倒 灌管 线 。本装置 的特 点 为： （ 一）采 用无 冷 冻机 的空 气氮 水预 冷 流程
（ 按净化方式比较 二） １ ．冻 结法净 除水分和Ｃ Ｏ 。空气在冷却过程 中，
型 化 ，相 对 冷 损 小 ，膨 胀 机 效 率 的 提 高 ，全 低 压 流 程 是 目前应 用最广 的流 程 ，该流 程 能耗最 低 。
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 ｌ １ ７
时 ），投 资大 ，成 本 高 。
二 、低温 法空气分 离流程 比较
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 清 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
出 ，碳 氢 化 合 物 不 易在 冷 凝 蒸 发器 中浓 缩 ，有 利于 设 备 的安 全 运 行 。 由于 液 氧 复 热 、气 化 时 的压 力 高 ，换
靠 膨胀 机 ，但 节 流 效应 制 冷 量 也 占较 大 的 比例 。全 低 压 流 程 的工 作 压 力 接近 下 塔 压 力 ， 由于 工作 压 力 低 ， 膨 胀 产 生单 位 制 冷 量 也少 ，为 了保 持 冷 量平 衡 ，首 先 要 求 单位 冷 损 小 ， 膨胀 机 效 率 高 。随 着 空分 装 置 的 大
式 小 型 装 置 ，透 平 式 由 于 效 率 高 ， 得 到 最 广 泛 的应
热 器 的氧 通 道 需承 受 高压 ，因 此换 热器 的成 本将 比外 压 缩 流 程 提 高 ， 并且 ，在 设 计 时应 充分 考 虑 换 热器 的 强 度 的安 全 性 。液 氧 气 化 的冷 量 充足 ，在 换 热 器 的热 端 温 差 较 大 ， 即冷 损 相 对 较 大 ，为 了保 持 冷量 平 衡 ， 要 求 原 料 空气 的压 力 较 高 ，空 压机 的能 耗 有所 增 加 。 般 来 说 ，空压 机 增 加 的 能 耗 与液 氧 泵 减 少 的 能耗 大
一
、
空气 分 离 方 法 比 较
空气 中主 要 成分 是氧 和 氮 ，它们 分 别 以分 子状 态存