空分技术要点及操作入门一文掌握

空分技术要点及操作入门
空分作为化工生产中重要的一个环节，其产生的工业气体用途广泛，作用重大。今天小编为大家重点介绍空分工艺，以及技术重点和操作要领，希望对大家有所帮助。
煤化工空分装置基本术语
& @0 K3 Q7 m+ c  t1 ^2 t% c3 a1空气
) Q# O; i$ k8 L1 i  w存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为1.29kg/m3。主要成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，氩约占0.932%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。   
2加工空气
$ [8 W$ p) |. v+ _! W7 Z/ K指用来分离气体和制取液体的原料空气。
/ G  t( d4 I$ N% }; d5 G3氧气  
  S# s3 k( I/ V% W, A; F分子式O2，分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。在标准状态下的密度为1.429kg/m3，熔点为54.75K,在101.325kPa压力下的沸点为90.17K。化学性质极活泼，是强氧化剂。不能燃烧，能助燃。
3 c7 v7 \, L8 S8 Z: [4工业用工艺氧
用空气分离设备制取的工业用工艺氧，其含氧量一般小于98%。（体积比）
5工业用气态氧
用空气分离设备制取的工业用气态氧，其氧含量大于或等于99.2%。（体积比）
6高纯氧
用空气分离设备制取的氧气，其氧含量大于或等于99.995%（体积比）。
- H/ t5 h; \& F( ^9 s7氮气
2 S  @% y- ]9 L分子式N2，分子量28.0134（按1979年国际原子量），无色、无臭、的惰性气体。在标准状态下的密度为1.251kg/m3,熔点为63.29K,在101.325kPa压力下的沸点为77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。
2 K% a1 Q0 _$ k$ ~7 t2 E8工业用气态氮
/ b: z0 S  @' m9 A用空气分离设备制取的工业用气态氮，其氮含量大于或等于98.5%（体积比）。
5 S0 Y$ o- p; Y6 q: S- T4 V9纯氮
" j: l% Y/ P7 M  j用空气分离设备制取的氮气，其氮含量大于或等于99.995%（体积比）。
) }0 ^" `) Q& L4 X% \10高纯氮
用空气分离设备制取的氮气，其氮 含量（体积比）大于或等于99.9995%。
11液氧（液态氧）
液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为90.17K，密度为1140kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态或用气态氧液化制取。
" P1 a: Y& `% h5 Q12液氮（液态氮）
液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为77.35K，密度为810kg/m3。可采用低温法空气分离设备制取液态氮或用气态氮液化制取。
( `, t$ [) r: V7 X7 B. l# T13液空（液态空气）
液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为78.8K，密度为873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产物。
14富氧液空
指氧含量超过的20.95%（体积比）的液态空气。
! I3 j2 G6 U# O3 }8 c$ f! k( @! e15馏分液氮（污液氮）
+ u/ M% O% p7 P7 k3 F0 ?% l在下塔合适位置抽出的、氮含量一般为95%~96%（体积比）的液体。
. w& p! l1 k) [8 m* \16污氮
  `9 ]/ l( _5 m! [0 ~' F在上塔上部抽出的、氮含量一般为95%~96%（体积比）的气态体。
" r0 K' X0 p# \17标准状态  
9 U1 G  Z# _3 R6 Z, X指温度为0℃、压力为101.325kPa时的气体状态。
18空气分离
从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。
+ p( M! K* z; e* C. z! z) f1 r' h5 \19节流   
) \( ~  b+ N; x" T0 y- ?& `流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力。
20节流效应（焦耳—汤姆逊效应）  
气体膨胀不作功产生的温度变化。
2 [) G, s! y% f! r% Z' |21膨胀
4 W: l* k  [; T流体压力降低，同时体积增加。
- }4 a2 K, o) B( ?9 \* _22等熵膨胀效应
气体在等熵膨胀时，由于压力变化产生的温度变化。
23空气膨胀
空气在膨胀机内绝热膨胀，同时对外作功的过程。
24一次节流的液化循环（林德循环）
  L- b5 W# `$ t' D1 |& l- Z' i以高压节流膨胀为基础的气体液化循环，其特点是循环气体既被液化又起冷冻作用。
) P$ G( m" V) `! M25带膨胀机的高压液化循环（海兰德循环）
对外作功的绝热膨胀与节流膨胀配合使气体液化的循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为高压常温。
26带膨胀机的中压液化循环（克劳特循环）
对外作功的绝热膨胀与节流膨胀配合使气体液化的循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为中压低温。
$ {. W2 w0 ^+ C2 L27带膨胀机的低压液化循环（卡皮查循环）
对外作功的绝热膨胀与节流膨胀配合使用的气体液化循环，其特点是膨胀机进口的气体状态为低压低温。
0 G9 |" _( w8 [& V28斯特林循环
由两个等温过程和两个等容过程组成的理论热力循环。
5 H: B1 U( z' W2 `( ]- c5 P* H整个循环通过等温压缩、等容冷却、等温膨胀、等容加热等四个过程来完成。
$ H/ [+ {9 f8 O2 q- a29升华
从固相直接转变为气相的相变过程。
30温差
. D. [" D+ Q# k' v( b- q) Z指冷热流体两表面或两环境之间有热量传递时的温度差。
31热端温差
) ]9 k& ^/ n# G/ W6 X& M指冷热流体在换热器热端的温度差。
4 y5 W# V0 r" Z! R  J: N8 q& q6 [32中部温差
指冷热流体在换热器中部的温度差。
33冷端温差
指冷热流体在换热器冷端的温度差。
34拉赫曼空气
- i' \* {+ c: k5 N3 n4 |3 n5 [& y由下塔底部抽出部分空气、经切换式换热器冷段复热，进入透平膨胀机绝热膨胀后直接送入上塔参加精馏的空气。
35液汽比（回流比）
在精馏塔中下流液体量与上升蒸汽量之比。
) P0 P) [1 g. n4 _36液泛
" Z  ~0 ?, K" s4 s. z" k0 M. c) ?在精馏塔中上升蒸汽速度过高，阻止了液体正常往下溢流的工况。
37漏液
在筛孔板精馏塔中因上升蒸汽速度过低，使液体从筛孔泄漏的工况。
: B$ i4 N3 n" z% D' Z% a3 O38变压吸附
利用压力效应的吸附工艺在吸附—再生操作周期中，较高压力下吸附，较低压力下（或负压）下再生的过程。
39跑冷损失
! D3 J5 e2 [1 d4 r/ o% @- O在低于环境温度下工作的设备与周围介质存在的温差所产生的冷量损失。
5 M7 U- Q2 X( w! r40复热不足损失
在换热器热端冷热流体间存在的温差而导致冷量回收不完全的损失。
+ V3 q& B7 N8 J% ]. h5 ~1 B4 A  k7 m41冷量损失
指空气分离设备的冷箱由于跑冷和复热不足的冷量损失。
42提取率
产品气体组分的总含量与加工空气中该组分的总含量之比。
! t9 ~' Z3 e& ^3 F  ]8 _8 ~43单位能耗
指空气分离设备生产单位产品气体所消耗的电能。
44低压流程
6 x5 [. G* F) A! K0 C8 a7 A空分正常操作压力大于至小于或等于1.0MPa的工艺流程。
45中压流程
4 \3 p. @0 L8 y! l  \空分正常操作压力大于1.0MPa至小于或等于5.0MPa的工艺流程。
& g4 |& [* z. b46高压流程
空分正常操作压力大于的5.0MPa工艺流程
47高低压流程
高压流程与低压流程相结合的流程。
48带分子筛吸附器低压流程
6 p$ \* H/ F& G" v/ s) }& m采用分子筛吸附器来清除空气中水分和二氧化碳及碳氢化合物的低压流程。
49空气分离设备
以空气为原料，用低温技术把空气分离成氧、氮、氩及其他稀有气体的成套设备。
: L6 m+ v4 b2 |; R! n7 y50大型空气分离设备
指生产氧气产量大于或等于10000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备。
  K. Z1 u: Z1 E# b1 u51中型空气分离设备
3 j9 M6 Q* j- p5 V  }5 F& ^指生产氧气产量大于或等于1000m3/h至小于10000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备。
# `4 s* c& ?  [52小型空气分离设备
2 \& @6 `2 _; q' x" k6 e; j指生产氧气产量小于1000m3/h（标准状态）的成套空气分离设备
6 d. E* p/ P  V. j空分工艺简介
7 l# D! r, E$ V' A) h图片
1制氧空分工艺
5 k5 ^! n4 i4 v; _2 D  N由于氧、氮在工业生产和科学技术发展中有重要的作用，工业上制氧的方法有：
低温精馏分离法
吸附法
电解法
  m  \+ O7 j% Y# C1 }其中，低温精馏分离方法是目前普遍采用的方法，特点是生产成本低，技术成熟，不仅最经济，又能大量生产氧、氮气，而且适合大规模工业化生产，是主要的制取方法。
, [! j4 D% s2 r' s: c! c: k. S2低温精馏分离法
3 X/ A5 r  O' y1 N5 i# w1 u低温精馏分离法制氧就是以自然界中的空气为原料，先使空气在低温下液化。然后在精馏塔中利用氧、氮各组分沸点不同，分离为氧气和氮气。
, s! Q8 v0 O. E' _% g8 @, }3 _# a空分装置的工作过程：
! R2 B2 z* O; v0 @* e! V空气的过滤和压缩
压缩空气的初步冷却
3 V& a! S. u0 P. g5 M空气的净化，包括水分和碳氢物的去除
空气被冷却到液化温度
: O. ^1 j- h9 I1 j$ n5 E冷量的制取
1 C* `5 @0 A4 |1 m液化和精馏
危险杂志的排除
. O0 D& d" `2 A5 M1 z0 R3 i3吸附法
8 R- O4 B# V' m  V变压吸附法是20世纪50年代末才开发成功的，由于其独有的灵活方便、投资少、能耗低的优点，近年来变压吸附空分富氧技术在中小规模富氧应用领域得到越来越多的应用。
, s; t( O' o$ @/ |) W氮分子含有孤对电子而极性大于氧并且有较大的四极矩，因而N2与沸石骨架中阳离子的作用力强。空气逐层通过沸石柱后，气相中的含氧量逐渐提高，这样便可得到富氧流出气。
- a/ G5 ~# y  @* d/ i/ y一套变压吸附制氧（制氮）系统主要包括三部分：空气压缩系统、压缩空气预处理系统、吸附分离系统。
9 z, y$ C/ g5 X' Q1 C3 v0 o变压吸附空气分离的技术进步主要集中在两个方面：
变压吸附空分工艺过程的改进，使过程更加节能高效；
1 ]7 j5 K  k* L变压吸附空分吸附剂性能的改进。
1 g6 F$ f# w4 y! n! [' V吸附剂是变压吸附技术的基础，吸附剂的性能决定着吸附分离效果，从而决定着吸附设备投资和分离的经济性。
6 ?+ N- E: C2 p6 \( g9 J# u特点：
) j5 |4 [! m5 H3 S6 A7 x9 n4 A1）开停车方便：原始开车几十分钟左右可按要求获得合格产品。临时停车后重新启动即可迅速恢复供给合格产品。
2）操作弹性大。
3）自动化程度高。整个吸附分离过程由PLC或DCS控制，可以实现无人操作。
4）操作成本较低。运行成本较低，主要操作成本为电耗，先进的装置电耗≤0.4kW•h/m3(O2)。
' }* L  P9 h# R3 M5）分子筛寿命长。在正常操作情况下一般可使用8～10年，无环境污染。
6）投资省，一次性投资低。
/ f9 s$ Q2 I2 a: g" H: Y4电解法
8 @" P  |- C" ?2 p3 d' G把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方米氧要耗电12～15千瓦小时，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。
制氮空分工艺简图
图片
. H! m- z1 u! d/ ^' g4 _( Q) N( l以空气为原料，利用物理的方法，将其中的氧和氮分离而获得。
( k7 C  H' w. ]% x' j5 k工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA或变压吸附式)和膜空分法（中空纤维膜分离）。
1 z7 X; m4 T1 }1 N3 b2 g1深冷空分制氮
深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。
2分子筛空分制氮
也叫PSA或变压吸附式，以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在3000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。
3膜空分制氮
8 h+ u3 W$ E; g也叫中空纤维膜分离，是以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤99.5％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。
看了以上的分离方法，其实空气分离的方法可分为低温和非低温两种，其中非低温空气分离方法包括吸附、膜分离、化学分离法。由于目前在大规模制取氧、氮气液产品，尤其是高纯度产品方面低温分离法具有无法取代的竞争优势，而且只有低温分离法才具有可同时生产氩等稀有气体产品的能力，故低温法在空气分离的工业应用中占据非常重要的地位。