空分装置工艺路线选择及设备选型

空分装置工艺路线选择及设备选型

刘晓东

河南龙宇煤化工有限公司     河南省永城市      476600

摘要：化工行业安全发展规划的出台，对化工园区的产业定位提出了明确的指导意见，同时指出了化工产业集聚区的发展方向。空分工艺路线及设备选择受经济性、配套工程、安全性等多方面的影响，选择工艺路线时应综合考虑设备选择的要求。为确保生产安全与高效运行，在生产过程中应选择合适的设备，选择合适的工艺路线，为高效、优质地进行气流分离创造条件。

关键词：空分装置；工艺路线；设备选型

1空分装置工艺分析

1.1膜分离工艺

膜分离技术的基本原理是，气体在膜内的溶解度和系数不同，渗透速率不一样，穿过膜时，有的快，有的慢，最终产生了分离。在此过程中，隔膜自身对气体的分离效果起着至关重要的作用，而隔膜的品质则直接关系到最终产品的品质。当有气体穿过隔膜时，由于隔膜的存在，气体将被分离开。在膜的两边，快速分离的气体和缓慢分离的气体可以被自然地分开。自然分离的效率很低，实践中往往需要添加催化剂，以加快分离速率，而且还需对其进行净化和预处理。相对于气相分离技术，膜分离技术具有更大的灵活性。根据不同的应用场合，采用不同的纤维材料制成的薄膜，可以得到不同的纯度和不同的气体产物。试验结果表明，在实际应用中，压力和产量是成正比的。

1.2变压吸附工艺

变压吸附法是一种简单、易操作的方法。以分子筛为吸附剂，进行了变压吸附实验。大气中的氮、氧分子在分子筛内的吸附容量是不一样的。利用这一差异，可使空气穿过分子筛时达到分离效果。分离完成后，再将氮、氧分子卸下。减压过程后，可以再利用该分子筛。在实际生产中，由于分子筛可以重复利用，因此，该方法可以降低生产成本。

1.3低温精馏工艺

本文介绍了一种以低温、低温空气分离技术为基础，并对其进行了改进和完善的研究。低温蒸馏技术是利用空气中含氮、氧分子本身的物理性质差异，对其进行分离。由于氮分子和氧分子的沸点不同，所以在高压、低温的情况下，先将空气液化，然后再经过蒸馏步骤，通过热量的传递将液态空气分离出来，从而达到氧分子和氮分子的分离。与膜分离技术相比，低温蒸馏技术具有更大的优点，产品的纯度也更高，但流程比较复杂，需要设备开工周期长、操作不便、费用昂贵等问题。

2空分装置设备选型思路

2.1液态产品设备选型思路

在液体生产的过程中，气体和液体都是由气体变成液体，再经过蒸馏等方法提纯，得到的液氧和液氮可以应用到许多领域。但不管采用哪一种生产方法，都要知道顾客对液氧、液氮产品的要求，并且要确保生产过程能够按照操作规范进行，达到对燃气沸点的控制要求。若采用分子筛进行分离，则在初期无法决定其透过率，因此在选择空分设备时，应注重与其相容性；在选用内、外两种压缩方法时，应对装置的能耗状况、提取量的比值区等进行一定的划分，并根据以往的生产经验来决定提取的方法，并在生产过程中对工作的规则及执行标准进行分析，对生产过程进行持续的优化，从而得到最合理的生产路径。

另一方面，顾客对产品的需求也会发生一些变化，因此，必须要确保产品的灵活性，因此，在选择空分设备时，要对设备的产值所产生的经济效应进行全面的研究，并对设备是否能够达到产量调节的要求进行分析，以适应生产负荷的拓展与分散。例如，分批次与同一批次生产，其负载与生产工艺需求差异很大，且短期获取大量的空气分离产物也会造成产品纯度降低，因此，对于高纯度的产物，需采用合适的设备来解决其效率与品质的冲突，对于提纯纯度的产物，则需延长制备时间与周期。

2.2气态产品设备的选型

气体产物要求非常高，因此无论在操作上、工艺上还是设备上，都要与低温精馏相结合，才能确保设备的正常运行。在选用设备时，应注意两种工艺相容性，以保证高品质的气源，并能保证生产线的稳定运行。针对具体的分离产物，应采用合适的吸附剂，并适当控制配比，避免影响产品品质。

气体产物的生产也要根据产品和生产的主体来划分和定义，比如要对空分设备所生产的产品性能进行准确的区别，在进行分批、多次生产的时候，要避免产品种类太分散，无法实现大量生产气体。还可以通过改造制造工艺，一次制造出一大批类似的产品，从而解决了过去的生产冲突。在选择设备的时候，还要考虑到变压吸附后的影响以及产品的分息问题，因此，在选择设备的时候，要将生产的数量、批次等因素都考虑进去，从而挑选出最适合的生产设备。

当前，要求大批量生产的产品的质量标准相对较高，而随着传统生产工艺的逐步退出，新型的、更高的生产效率和质量的生产方法正在逐步占领市场。在实际操作过程中，不管是工艺路线的选择，还是设备的选用，都要与实际需求相结合，特别是许多空分生产都与有关的工程相匹配，因此，要根据产品目标的需求，选择最适合的工艺路线。现有的低温分离方法可以达到最大限度地提高天然气产量，并在长时间的应用中进一步提高了技术水平。在选用相应的设备时，还应对工艺中出现的管理盲区进行分析，并对设备进行优化配置，以确保生产的高效与安全。

3空分装置工艺流程选择要点

3.1优先选择空气低温液化精馏工艺

在选用工艺时，必须严格遵循高效性、稳定性和安全性的原则，才能有效地防止空分设备因故障而造成安全事故。目前空分设备技术的发展状况是，低温精馏技术比较成熟。尽管这种方法很难进行，工序复杂，费用昂贵，但却比其它方法获得的产品更精确。

3.2严格把控好安全性

在实际生产中，为了满足生产要求，常需购置若干台空分设备，再以设备并联的形式进行生产。任何一台空气分离设备失效，都将导致整台设备的关闭。因此，必须确保每个设备的安全。空气分离是一种低温的过程，在操作时，会产生零下163-193摄氏度的液体，在这段时间内，会有很大的冻伤风险，工作人员必须做好相应的保护。在这样的情况下，如果要进行维修，就需要事先做好预热工作。在预热完成后，在具体操作过程中，也要严格按照程序进行，尽量减少对设备的损害。

3.3合理选择热交换方式

煤化工对大规模空分设备的生产能力提出了更高的要求。在国家的政策导向下，大规模的煤炭产业正逐步向中西部转移。针对这一地区的水资源紧缺问题，目前空分设备的烟气传热多以风冷为主。

结语

综上所述，氮气、氧气等产品在我国医疗、卫生和工业生产中起着重要作用。高效、优质地生产氮氧对社会发展具有非常积极的意义。深入研究空分设备的工艺路线和设备选择，对提高空分工艺水平起到很好的促进作用，为未来生产出更高质量的产品奠定了坚实的基础，促进了国家的经济建设。

参考文献

[1]朱守义,王平. 大型生活污水厂设备选型及施工工艺优化与应用[C]// 中国环境科学学会. 中国环境科学学会2023年科学技术年会论文集（二）. 广东省石油化工建设集团有限公司,2023: 5. DOI:10.26914/c.cnkihy.2023.018889.

[2]熊启海. 煤制甲醇合成工艺设备的选型探讨 [J]. 中国石油和化工标准与质量, 2023, 43 (05): 123-125.

[3]张小双,姚雅诺. 空分装置工艺路线选择及设备选型 [J]. 化工管理, 2021, (21): 107-108. DOI:10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2021.21.052.

[4]周婷婷,徐亚哲,郝建涛. 国外某码头装卸工艺设备选型研究与优化 [J]. 珠江水运, 2021, (07): 111-112. DOI:10.14125/j.cnki.zjsy.2021.07.052.

[5]赵彦峯. 磷化工生产的工艺设备选型及维护 [J]. 化工管理, 2021, (02): 159-160. DOI:10.19900/j.cnki.ISSN1008-4800.2021.02.077.