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摘要：空气分离技术是工业生产稀有气体的重要技术，是一种通过深度冷冻、吸附、膜分离等方法从空气中分离出氧气、氮气，或从气体中提取氦气、氩气等稀有气体的技术。空气分离技术是一种较为常见的生产技术，对于工业制备各种稀有气体有着十分积极的意义。目前，我国在空气分离技术体系的建设方面已经取得了一定的成绩，空气分离装置的研发与应用水平在不断提高。为了不断提高我国在空气分离装置方面的应用水平，就需要我们对空气分离装置的新技术及发展趋势有着较为清楚的认识。
关键词：空气分离装置；新技术；发展趋势
一、空气分离技术方法概述
目前，根据技术特点来进行划分，常见的空气分离技术主要有两类，一种是低温空气分离技术，另一种是非低温空气分离技术。其中，非低温空气分离技术主要有变压吸附空气分离技术、膜分离空气分离技术、化学分离技术等，虽然这一类型的技术在过去一段时间内发展得较为迅速，在一些特定的工业制备稀有气体的生产活动中已经能够取代低温法空气分离技术，但是目前在应用中，非低温空气分离技术还是存在以下几点的局限，（1）非低温空气分离技术在生产规模以及产成品的纯度方面都相较于低温空气分离技术有一定的差距；（2）在非低温空气分离技术中常用的变压吸附法与薄膜分离法在生产中都只能够用于一种气体的制备，但是常见的低温空气分离技在应用中能够实现对于多种稀有气体的分离生产；（3）根据目前这两种技术的实际应用水平来看，非低温空气分离技术在投资成本上与低温分离技术相比并不存在较为明显的优势。因此，虽然非低温空气分离在水平上已经有了很大的提高，但是目前在实际的工业生产中低温空气分离技术才是最主要的生产技术。低温空气分离技术在制备规模以及产品程度上都表现出来了较为突出的优势，在我国空气分离工业生产中有着十分重要的基础性地位。
二、空气分离装置新技术发展现状
2.1空气分离装置预冷、净化系统的改进
空气分离装置中对于预冷、净化系统的技术改进是这一类型装置的重要技术提升。在稀有空气的制备中，如果生产部门对于氮气生产数量的需求较少，那么在空气分离装置的设计中就可以取消冷水机的设置，这样一方面能够有效降低设备投入的成本，同时冷水机作为一种占用空间较大的设备，取消冷水机也能够在一定程度上减少设备安装对厂房面积的占用，从而提高生产部门的资源有效利用率；另一方面，我国目前在冷却水用水质量方面的控制水平还比较低，常见的提纯处理技术只能达到污垢系数0.0004至0.0006m2.h.℃/kcal的水平，而冷却机长期使用处在这一纯度水平的冷却水会导致设备使用寿命较短，容易出现故障问题。因此，对于空气分离装置系统中冷水机的优化处理是一个较为理想的优化方式。但是取消冷水机的设置还需要注意以下两个问题。首先，要保证纯化器设备的处理能力达标，要保证在空气分离装置运行过程尽量减少再生气量，一般来说需要控制再生气量在加工气量的20%以内。其次，需要对水冷塔进行合理设计，要在同等的进水冷塔氮气流量下，处理得到流量满足生产需要、水温较低的低温水，从而利用低温水来降低纯化器内的空气温度，在这一过程中纯化器内温度越低那么空气含水量就会越低，这样一来空气在进行吸附处理时出现的温差值就相对较小，因此吸附剂的吸附能力就会大大提高。利用这一优化方式，一方面能够有效降低设备的投入成本，另一方面也能够有效降低设备运行的能耗。
2.2内压缩流程的优化
空气分离装置的应用技术中，根据其对空气分离产品的加压方式可以将空气分离的生产流程分为外压缩流程与内压缩流程。其中，外压缩流程中空气分离产品在分离过程中温度一般来说会接近于生产环境的正常温度，同时在生产过程中需要控制空气分离产品的气压高于大气压力，这就要求通过压缩设备来进行加压处理。而在内压缩流程中，主要是通过液体泵来将精馏塔内的空气进行液体提压处理，然后再汽化加热。目前，内压缩流程是空气分离装置中比较常见的一种加压形式，相比起外压缩流程，这一种加压方案具有以下几种优势。首先，在设备投资中通过利用液氧泵及干燥空气增压机的配合使用来替换氧气透平压缩机，而在实际情况中前面两种设备加起来的成本投入都远远不如后者，因此利用内压缩流程作为空气分离装置中的加压方法能够有效降低设备投入的成本。同时，液氧泵及干燥空气增压机的相关配件在市场上供应量较多，一方面便于选择合适的供应渠道，另一方面配件维修的价格也远远低于氧气透平压缩机的配件价格，这对生产部门降低设备维护费用有着十分重要的意义。其次，利用液氧泵设备来完成内压缩流程能够实现无高温氧气产生，从而降低生产过程中安全事故爆发的可能性，提高设备运行的安全性与可靠性。最后，采用氧泵及干燥空气增压机来代替氧气透平压缩机能够有效降低空气分离操作的难度，提高生产效率。
2.3规整填料塔的应用
目前，在空气分离装置的发展过程中，采用规整填料的方式来取代筛板填料是一个极具价值的优化发展。相比起传统的筛板填料，规整填料具有以下四方面的优势。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆首先，通过安装规整填料塔能够在回流液表现形成一层液膜，而液膜的存在会有效降低回流液在空气分离装置中流通的助力，在实际应用中经过测量，回流液在经过规整填料塔后的上塔阻力能够有效降低至原本采用筛板填料的25%左右。而在传统的筛板填料中，汽液需要在塔板上先进行热质交换，而在这一过程中气体需要克服来自液体层的阻力，从而提高空气分离装置运行过程中在填料环节的耗能水平。其次，通过安装规整填料塔不仅能够有效降低汽液上塔的压力，还能够有效降低汽液下塔的压力。因此，能够有效提高氧、氮以及氩的分离效率，根据实践证明，利用规整填料塔能够提高3%作用的氧气提取量，提高10%左右的氩气提取量，这对于空气分离生产活动的经济效益是一个巨大的提高。再则，使用规整填料塔后，在空气分离过程中，汽液与设备的接触时连续的，规整填料塔的持液量相对较小，因此设备的工作能力能够在更大的负荷范围内实现变动，而且变动的效率与稳定性也有了很大的提高。在一般情况下，常见的筛板填料塔的工作负荷只能够控制在70%至105%之间，而规整填料塔的工作负荷则能够控制在40%至120&之间，大大提高了设备的工作负荷范围。最后，依据目前的设备设计发展方向来看，规整填料塔的体积要远远小于筛板填料塔，因此在安装与运输便利性方面，规整填料塔也具备更高的优势。
2.4全精馏无氢制氩
在传统的空气分离装置中，往往都是通过低温精馏的形式来实现精氩的获取，然后在对精氩进行加氢除氧处理得到工艺氩，最后再进行一次来取出其中的氮，最后得到高纯度的氩气。这一种处理方式虽然能够制备纯度较高的氩气，但是在实际的工艺流程中需要消耗大量的氢气，同时操作难度相对较高，且危险性比较高，容易出现氢气爆炸事故。而目前，随着规整填料塔的应用，在空气分离装置制备氩气的过程中能够使用全精馏法来进行氧、氩的高效分离，一方面能够有效提高生产效率，降低生产成本，另一方面操作的复杂程度以及操作的危险性都得到了有效控制。
2.5自动变负荷技术的应用
在实际情况中，工业生产活动对于氧气的要求往往是不连续的，需要对空气分离装置的工作负荷进行有效的控制。而通过自动变负荷技术的应用能够实现工业生产过程中，在氧气纯度稳定不变的情况下实现在短时间内氧气释放量在70%至105%之间的高效变动，一方面能够实现变动范围的精确性，另一方面也能够有效降低调节氧气释放量的操作难度。此外，通过自动变负荷技术还能够实现对于空气分离装置耗能的有效调节，从而降低耗能，促进工业生产的健康发展。
三、空气分离装置的发展趋势
3.1装置设计中信息化水平的提高
对于空气分离装置来说，不断提高设备运行的数字信息化水平是一个重要的发展方向。对于现代化工业生产设备来说，提高数字信息化是提高工作效率和工作质量的重要途径。一方面，信息化水平提高能够实现在空气分离生产作业中将各种的数据、图像、参数进行收集、整合以及计算，然后建立起一个完善的中央数据库，数据库的存在能够对设备运行信息进行收集与存储，在调整设备运行模式，提高设备维修水平。另一方面，信息化的提高能够将空气分离装置系统的各个组成设备更加紧密的联系在一起，实现不同设备之间关于生产活动进行的有效交流，从而提高这些空气分离装置整体处理工作的能力。除此之外，建立空气分离装置的智能化维修网络也是维修工作发展的一个重要发展方向。就是指通过以网络科技为基础，突破空间限制，综合运用网络远程进行维修的指导工作，从而保证维修工作的高效进行。
3.2 空气分离装置中的节能优化
目前，发展可持续经济，建设生态文明是我国目前的重要任务，而随着我国空气分离装置生产规模的不断提高，一方面为我国的工业建设提供必要的原料支持，另一方面规模不断扩大的空气分离装置在实际情况的运行过程中也会造成较为严重的能源损耗。因此，在空气分离装置的发展趋势中，通过新技术来实现高效节能是一个重要的方向。例如，通过调节换热器温差，由于在空气分离过程中热交换不完全冷损往往是与热端温差的大小成正比的关系，因此在操作时应尽量把热端温差控制在3摄氏度内；通过合理分配高低压换热器的气体流量，减少主换热系统热d端温差，从而减少热交换不完全带来的冷损。
四、总结
空气分离装置的相关技术是我国现代化工业生产中的重要一环，对制备工业生产所需的各种稀有气体有着十分重要的基础性意义。空气分离装置在实际情况中的应用大约经历了石头蓄冷器、切换板式换热器、板翅式换热器以及常温分子筛净化技术的阶段后，目前已经发展到规整填料塔全精馏制氩的全新阶段。空气分离装置新技术的不断发展促进了我国工业的现代化建设，为我国工业生产奠定了十分重要的生产技术基础。
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论文作者:阮超
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/9
标签：空气论文; 装置论文; 填料论文; 技术论文; 规整论文; 低温论文; 设备论文; 《基层建设》2017年第29期论文;