摘要：随着国家的经济快速的发展，工业化进程也随之而上，空气分离装置是现代化工的重要组成，空气中含有大量日常需要的原料，通过多种流程设计来分离空气中的氧气、氮气等成分，通过对空气中各种成分的分离来供应石油和冶金等行业的生产使用。随着化工工艺的不断进步以及行业内的产品需求量越来越大空气分离装置工艺流程研究也逐渐广泛，本文对空气分离工艺流程进行细致的分析，并且对各个工艺流程在实际中的应用进行细致的研究。
关键词：空分装置；工艺流程；应用分析
引言
目前，国内外空分装置普遍采用深度冷冻空气分离技术，以空气为原料，经压缩机（MAC）吸入并压缩，再冷却后经净化流程进入主冷，最后低温分馏生产氧气、氮气、液氧、液氮、液氩等产品。在生产过程中，存在很多危险、有害因素，容易发生火灾、爆炸、容器爆炸、中毒窒息、低温冻伤等事故。爆炸严重的会造成整个设备破坏，甚至人员伤亡；轻微的爆炸在局部位置产生，使氧气产品纯度降低，无法维持正常生产。因此，需从设计、安装、操作、维修，科学管理多方面加强空分装置的安全设计。
1空分装置工艺流程和系统组成
1.1空分原理
深度冷冻低温分离法是利用空气中各组分的沸点差异，在精馏塔内分离出氧、氮、氩等产品的方法。首先将空气压缩，而后冷却使空气液化，再利用空气中氧组分与氮组分沸点不同（在标准大气压下氧的沸点为90.17K，氮气的沸点为77.35K）实现分离。在精馏塔内，蒸汽与液体接触过程中，高沸点的氧组分不断地从蒸汽中冷凝进入液相，低沸点的氮组分不断地从液相蒸发而变成蒸汽，从而使下流液体中含氧量越来越高，最终变成纯氧；上升蒸汽中的含氮量越来越高，最终成为纯氮。
1.2工艺流程
空分工艺流程，自空压机来的压缩空气，净化后，送入透平膨胀机增压后送入冷箱经主冷降温，低温精馏分馏出各成品，从精馏塔抽出液氧，送到液氧储槽中，一部分做为液氧产品；剩余的液氧经高压液氧泵增压送到主冷，在其中被气化并复热作为高压氧气产品输出，氮气成品亦以内压缩工艺由液体泵压送经主冷回收冷能后，液体成品则送入储槽供出货。从精馏塔抽出的含氩馏份被送入粗氩塔去除氧，然后经精氩塔纯化后，产品液氩送至储槽。
1.3系统组成
空分设备是一个大型的复杂系统，主要由六大系统组成：动力系统、净化系统、热交换系统、精馏系统、液体储存系统和控制系统等。动力系统：主要指原料空气压缩机。空分设备将空气经低温分离得到氧、氮等产品，从本质上说是通过能量转换来完成的。而装置的能量主要是由原料空气压缩机输入的。相应地，空气分离所需要的总能耗中绝大部分是原料空气压缩机的能耗。净化系统：由空气预冷系统（空冷系统）和分子筛纯化系统组成。经压缩后的原料空气温度较高，同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质。分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亚氮等对空分设备有害的物质。制冷系统：空分设备是通过膨胀制冷的，整个空分设备的制冷严格遵循经典的制冷循环。不过通常提到的空分制冷设备，主要是指膨胀机。热交换系统：空分设备的热平衡是通过制冷系统和热交换系统来完成的。随着技术的发展，现在的换热器主要使用铝制板翘式换热器。精馏系统：空分设备的核心，实现低温分离的重要设备。通常采取高低压两级精馏方式。主要由低压塔、中压塔和冷凝蒸发器组成。液体储存系统：空分设备能生产一定的液氧和液氮等产品，进入液体储存系统，以备需要时使用。主要是由各种不同规格的贮槽、低温液体泵和汽化器组成。
2空分装置的应用与发展
目前，空分装置已经得到了广泛的应用，化工行业的发展离不开空气分离技术。并且在发展过程中逐渐根据分离气体的种类和规格形成了积累不同的空气装置工艺流程模式，并且在一直迎合时代的发展。在高新技术的推动下，空分装置也得到了空前的发展，并且在此发展过程中空分装置的应用越来越广泛，为化工行业的发展以及能源的利用做出不可估计的贡献。
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2.1气化配套空分装置规模大
化工行业的主要特点是设备大型化，装置规模化，化工行业的不断发展对氧气与氮气的需求量就会增大，国内许多大型化工企业都有自己的空分装置，在这种大的趋势下，空分装置的发展必然走向规模化。在此过程中空分行业的技术人员对原有的工艺流程不断进行开发，并且通过不断的试车将原有的空分装置工艺流程规模不断扩大，目前多数工艺流程已经适合大规模工业化应用，部分工艺流程在特大规模的生产设备中也得到广泛的发展。
2.2空分装置从单纯制氧向副产多种产品和集成化发展
空气分离装置主要是分离空气中的氧气与氮气，随着化工行业的发展对空气中的其他气体成本需求量不断增加，比如惰性气体氩气、氦气、氙气等。工业合成氨的主要原料是氮气，中国是农业大国，对氨的需求量庞大，一定程度上促进了空气分离技术的发展。随着科研水平的不断深入，科学家对惰性气体的研究不断加深，对其需求量也不断增加，促使空分装置从单纯制氧向多种副产品和集成化发展，通过对副产品的综合利用，极大的降低了生产成本提高了原子利用率。
2.3对空分装置的可靠性要求更高
随着化工行业的不断发展，对空气分离装置的安全性能提出了更高的要求。空分装置是化工原料的来源，一旦空分装置可靠性低，不能满足化工对氧气、氮气的需求，就会阻碍化工生产，造成经济损失。同时空分装置分离的气体的质量也是保证化工安全、有效生产的关键。
2.4气态产品生产工艺应用
气态产品在选择过程中需要进行严格的筛选，对于特殊的要求会用到低温精馏工艺，但是在实际的操作过程中更多地是使用分子筛和膜分离技术，通过这两种工艺流程可以极大地减少生产，节约生产成本。但是缺点主要是对于要求获得纯度较高的产品。对于纯度要求高的产品，主要采用全低压空分低温双塔精馏工艺，原因在于吸附、膜分离工艺虽然可以实现空分目的，但在高纯度气体分析方面完全不能满足生产的需求。
2.5液态工艺流程的应用
在对空分工艺流程进行应用时首先需要考虑的是应用的需求，对于不同规格的产品可以采用不同的工艺流程，并且在应用过程中要对工艺流程的工作原理以及具体的操作步骤有深刻的认识，对于不需要低温操作的空分可以采用分子筛或者选择透过膜实现对气体的分离，但是需要注意的是采用此工艺流程通常无法获得液态产品，因为采用此工艺流程通常是在90.17K，1个大气压条件下进行。在此条件下的氮、氧等成分已经以气体形式存在。
结语
随着我国现代化工业的发展，新型工艺的出现大大地提高了氮氧产品的纯度，提升了空分装置工艺的产量，能够节约能源，节约成本，大大地提高了生产效率；而对于工艺流程的选择也提出一些合理的建议，在选择工艺流程时也不再困难；对于安全生产管理方面，要加大监管力度，避免因为操作失误、设备故障而引起的安全事故。这些改良措施能提高生产效率，提高产品的纯度，从而促进我国在现代化工行业的发展。
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论文作者:申玉腾
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2018/12/19
标签：空分论文; 工艺流程论文; 装置论文; 精馏论文; 空气论文; 系统论文; 液氧论文; 《基层建设》2018年第33期论文;