摘要：随着国内市场经济的加速发展，工业对气体的需求量大幅增加，对气体纯度的要求极高，因此，对空气分离技术进行优化成为了不可避免的技术要求。本文介绍空气分离工艺流程，重点分析了空气分离技术，并且提出专门适应改善空气分离技术目前存在不足之处的一些措施，旨在提高空气分离技术的水平，促进工业发展。
关键词：空气分离技术；调优措施；低温法
通过研究空气分离技术的工作流程，重点分析了空分技术目前存在的一些问题，并提出了相对应的调优措施。而低温精馏法是优化空气分离技术运行的主要措施，有效地提高了工业气体的制取效率，改善了产品气体的质量。为了进一步提升空气分离技术的水平，确保空分设备的稳定和安全，因此，需要继续深入探索和设计。
1空气分离的流程及技术方法
众所周知，氮气、氧气、氩气和些许微量杂质组成了人们生活中所需要的空气，而利用空气各组成部分物理性质的不同，将工业所需的氮气、氧气、氩气等气体从空气中分离，这个过程就是空气分离。为了满足现在工业市场的需求，低温精馏法成为大型空分的主要技术。低温精馏法作为低温空气分离法的主要方法，它的主要工艺流程为：首先空气经由空气过滤器对空气进行去尘去杂处理；之后送入压缩机，使气体温度升高加压，后通入空气冷却塔进行冷却净化后经过分子筛吸附其中水分及二氧化碳，通入增压机加压后送入膨胀机制冷液化，再经由高压板式换热器及低压板式换热器进行换热，最后根据各气体组分物理沸点的不同，将液化后的气体送入精馏塔，实现气体分离的目的。该技术得到的气体纯度高，产气量大，受到国内各大空分厂家的欢迎。
2空气分离技术的现状
目前，我国对于空气分离技术的研究已经比较成熟。通过引进国外先进的设备及技术，在经过一定的研究，我国的空分技术取得了较快发展。但仍存在一些问题，空气分离装置和空气分离技术都是针对某个局部进行的改进，缺乏整体的优化和创新。
2.1全精馏无氢制氩
采用低温精馏法获取氩气过程中，传统工艺通常是通过加氢来抵消空气中的氧气，从而得到工业所需的氩，然后根据氩气和氮气物理沸点的不同，采用低温精馏法去除氩气中氮，进而得到成品氩气。但这种方式安全性差，投资成本高，不仅需要精确的控制添加的氢气，还造成氢气的浪费，可靠性差。
2.2空分设备能耗高
空压机组与主换热器是造成空分设备能耗高的主要影响因子。排气量是否顺畅是影响空压机组能耗的关键，而影响排气量的因素包括空压机入口的过滤网与级间温度。空气经过空压机入口处的过滤器进行去尘去杂质处理时，经过一定时间后，会有粉尘或杂质占附到过滤网上，阻碍气体的流通。同样级间温度升高也会降低排气量，从而增加空分设备的能耗。一般情况下，空分设备的主换热端要保持3℃以内的温差范围，而主换热器调节不当或热交换不完全就会造成热量增加，冷量损失，进一步导致温差变大，热交换不完全，冷量损失大影响精馏效果，氧气纯度下降，质量降低，能耗增大。
3空气分离技术的优化
提高产品产量，提高设备效率，降低设备所耗蒸汽、电能和循环水，进一步降低氧气生产单位能耗，是每个空分厂家都在努力追求的目标。低温精馏法是空气分离技术的有效方法，针对目前空气分离技术存在的问题，本文提出了相应的优化措施。
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3.1规整填料技术
规整填料技术已经成为空气低温精馏法中最重要的技术，因其较高的效率和较小的用压代替了筛板。以内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司为例，精馏塔上塔为规整填料塔，下塔为筛板塔，粗氩塔为规整填料塔。上塔阻力控制在4.7Kpa左右，下塔阻力控制在24.5Kpa左右，粗氩塔阻力控制在5.88Kpa左右，由此可以看出采用规整填料塔，降低了下塔、上塔与氩塔的操作压力，有效地分离了氧气和氩气。其次，填料塔的直径小于筛板，运输得到极大的便利。另外缩短装置的启动时间是空分设备节能降耗的途径之一，空分设备的启动时间是指膨胀机的启动到产出合格氧气所需要的时间，由于填料塔的持液量少液体在塔内停留时间短，操作压降小，使得装置的启动时间大幅度缩短。最后，将规整填料塔应用到低温精馏法中，不仅安全性得到提高，分离稳定性变强，还便于操作，简化了空分流程，得到了高质量的氩气产品。
3.2系统优化
每个空分厂家所期望达到的目标是能耗低，产品质量高，生产效率高，因此，对空压机组和主热换器进行优化是一种改进措施。对空压机组入口的过滤网进行及时清理或更换，可以有效地降低空气阻力，提高空气的流通量。仍以内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司为例，空压机组入口为自洁式空气过滤器，它由三层结构组成，每层220个滤筒共三层660个滤筒，由脉冲式反吹自动系统，利用仪表气通过电磁阀来控制阀门，短暂开启1-2S对滤筒进行反吹，由控制器设定时间每45S启动一次，依次对滤筒进行反吹清理，从而达到清理入口过滤网减小入口压差阻力的目的，另外在每年的机组大检修期间将滤筒拆卸下来用仪表空气人为进行吹扫清理，当滤筒到达使用期限后将换新滤筒使用。于此同时，促进循环水的流通，保证水温不会过高，降低各级间的系统压力，从而确保空气压缩机组的排气量顺畅运行。对于主热换器的温差过大而引起的能耗量的增加，有效的控制温差的大小是解决此问题的关键。热端温差大，则热交换不完全而引起的冷损就大，因此，将换热器的气体排放量和温度压力在高低压换热器处进行合理的分配，尽量降低热端的温差，可以有效的降低空分设备的能耗，提高产品氧的质量和提取效率。此外膨胀机在空分装置中产生空分装置所必须的冷量，所以提高膨胀机的制冷效率可以增加精馏塔内主冷凝蒸发器内液氧液氮产品的提取，提高膨胀机制冷量的方法通过增加膨胀端的入口与出口温差压差来提高膨胀机的单位制冷量，提高膨胀机的转速和入口流量来增加膨胀机的总制冷量。因此合理的操作膨胀机使其在装置冷量分配时可以快速有效的加减膨胀量，减少装置不必要的冷量损失，从而提高装置的产品提取率。
结语：目前，国内经济的飞速发展带动了气体产业，加速了工业化进程，对空气分离技术有一定的研究。然而，随着我国很多行业趋向走大型化道路以及气体工业的迅猛发展，国内对气体的需求量愈来愈大，纯度要求越来越高。因此，针对市场庞大的需求，我国需要大量的大型空气分离设备，引进先进的空气分离技术，优化设备的运行，提高空气分离的效率。
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论文作者:刘晶
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/29
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