深冷空分工艺

深冷空气分离装置工艺特点及设计原则易晓栋魏烈翠发布时间：2021-08-02T05:05:59.801Z 来源：《新型城镇化》2021年8期作者：易晓栋魏烈翠[导读] 在一些工业生产中，有些产品的生产制造对气体的要求非常严格，如果直接将空气填充到生产流程当中，不仅会导致产生其他的物质，同时也会降低产品的整体质量，所以，需要分离空气中的各个成分，而空气分离过程中最重要的分离装置就是深冷空气分离装置。

青海盐湖元品化工有限责任公司青海格尔木 816000摘要：在一些工业生产中，有些产品的生产制造对气体的要求非常严格，如果直接将空气填充到生产流程当中，不仅会导致产生其他的物质，同时也会降低产品的整体质量，所以，需要分离空气中的各个成分，而空气分离过程中最重要的分离装置就是深冷空气分离装置。

在氧气制备中，深冷空气分离装置主要是通过对填料塔、液体泵内压缩以及预净化等环节，使空气中的常温分子预净化完全，而空气分离增压过程中给空气分离装置提供所需的冷量，保障深冷空气分离的有效进行，为确保深冷空气分离装置有效的运行和促进空气分离的效率，本文就对深冷空气分离装置工艺特点及设计原则相关内容进行分析，希望能够给有关工作人员提供一定的参考价值。

关键词：深冷空气分离装置；工艺特点；设计原则空分装置工艺的基本流程空分设备使用的是分子筛吸附预净化、增压透平膨胀机以及液体泵内压缩工艺，其整套设备主要包含有几个系统：空气过滤压缩系统、空气预冷系统、分子筛纯化系统、精馏塔系统、液体贮存及汽化系统、仪控系统以及电控系统等。

主要的工艺流程及特点具体如下：空气的过滤和压缩首先空气会进入到自洁式空气吸入过滤器，而空气过滤器会将吸入到的灰尘以及其它颗粒杂质过滤掉，而后进入到空压机，在多级压缩后会进入到空冷塔中，冷却器中的冷却水会带走压缩机级间产生的热量。

空气的预冷和纯化空气在进入到分子筛吸附器之前会事先在空冷塔中进行冷却，进入空冷塔的水有两部分，中部是循环水，顶部是经过氮水冷却塔冷却后的冷冻水，从而能够有效降低空气的温度，以及减少空气中水分的含量，最终能够减轻分子筛吸附器的工作负荷，并对空气起到一定的洗涤作用。

空分设备及深冷空分工艺流程空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。

目前我国生产的空分设备的形式、种类繁多。

有生产气态氧、氮的装置，也有生产液态氧、氮的装置。

但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程。

我国空分设备的生产规模已经从早期只能生产20m3/h（氧）的制氧机，发展到现在具有生产20000 m3/h、30000 m3/h和50000 m3/h（氧）的特大型空分设备的能力。

空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统：1 杂质的净化系统：主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置，净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等。

2 空气冷却和液化系统：主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和空气节流阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。

3空气精馏系统：主要部件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。

起到将空气中各种组分分离的作用4 加温吹除系统：用加温吹除的方法使净化系统再生。

5仪表控制系统：通过各种仪表对整个工艺进行控制。

深冷空分制氮深冷空分制氮以空气为原料，经过压缩、净化、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，通过精馏，使它们分离来获得氮气。

1. 深冷制氮的典型工艺流程整个流程由空气压缩及净化、空气分离、液氮汽化组成。

1.1 空气压缩及净化空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，然后送入空气冷却器，降低空气温度。

再进入空气干燥净化器，除去空气中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。

1.2 空气分离净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部得到氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分作为液氮产品出空分塔。

深冷制氮的‎工艺流程说‎明----深冷空气分‎离技术深度冷冻法‎分离空气是‎将空气液化‎后，再利用氧、氮的沸点不‎同将它们分‎离。

即，造成气、液浓度的差‎异这一性质‎，来分离空气‎的一种方法‎。

因此必须了‎解气、混合物的一‎些基本特征‎：气-液相平衡时‎浓度间的关‎系：液态空气蒸‎发和冷凝的‎过程及精馏‎塔的精馏过‎程。

1. 空气的汽-液相的平衡‎，物质的聚集‎状态有气态‎、液态、固态。

每种聚集态‎内部，具有相同的‎物理性质和‎化学性质并‎完全均匀的‎部分，称为相。

空气在塔内‎的分离，一般情况下‎，物料精馏是‎在汽、液两相进行‎的。

空气中氧和‎氮占到99‎.04%，因此，可近似地把‎空气当作氧‎和氮的二元‎混合物。

当二元混合‎物为液态时‎，叫二元溶液‎。

氧、氮可以任意‎比例混合，构成不同浓‎度的气体混‎合物及溶液‎。

把氧、氮溶液置于‎一封闭容器‎中，在溶液上方‎也和纯物质‎一样会产生‎蒸汽，该蒸汽是由‎氧、氮蒸汽组成‎的气态的相‎混合物。

对于氧氮二‎元溶液当达到汽液‎平衡时，它的饱和温‎度不但和压‎力有关，而且和氧、氮的浓度有‎关。

当压力为1‎a t时，含氮为0%，2%，10%的溶液的沸‎点列于表1‎-5。

从表可知，随着溶液中‎低沸点组分‎（氮）的增加，溶液的组和温度降低，这是氧-氮二元溶液‎的一个重要‎特性。

空气中含氩‎0.93%，其沸点又介‎于氧、氮之间。

在空气分离‎的过程中，氩对精馏的‎影响较大，特别是在制‎取高纯氧、氮产品时，必须考虑氩‎的影响。

一般在较精‎确的计算中‎，又将空气看‎作氧-氩-氮三元混合‎物，其浓度为氧‎20.95%，氩0.93%，氮78.09%（按容积）。

三元系的汽‎液平衡关系‎，可根据实验‎数据表示在‎相平衡图上‎。

确定三元系‎的汽液平衡‎状态时，必须给定三‎个独立参数‎，除给定温度‎、压力外，需再细定一‎个组分浓度‎（气相或液相‎）平衡状态才‎能确定。

2. 压力-浓度图和温‎度-浓度图在工业生产‎中，气液平衡一‎般在某一不‎变条件下进‎行的。

深冷空分技术培训教材2012-08-09 14:05:14| 分类：默认分类|字号订阅一、工艺流程：原料空气由吸入箱吸入，经自洁式空气过滤器AF去除灰尘和机械杂质，在离心式空压机中被压缩至0.52Mpa、100℃左右，压缩空气经空气冷却塔洗涤冷却至6～10℃，然后进入自动切换使用的分子筛吸附器，以清除H20、C02、C2H2和CmHn，出分子筛的空气为≤24℃分为三路：一路进入分馏塔中，空气经过主换热器与返流气体换热，被冷却至液化温度(-173℃)，并有少量气体液化，这些气液混合物一起进入下塔。

另一路空气(5000m3/h)作为膨胀气体，去增压膨胀机增压后再进入主换热器与返流气体换热。

这部分空气被冷却至-120℃左右，从主换热器中抽出，部份与未抽出的在主换热冷端引出的-173℃，气体汇合后去膨胀机，膨胀后的空气进入上塔中部。

第三路少量空气去仪表空气系统，作为仪表气。

在下塔，空气被初步分离成氮和富氧液空，在塔顶获得99.99％的气氮，除少量被引出塔外作为压力氮外，大部份进入主冷与液氧换热冷凝成液氮，部分液氮回下塔作为下塔的回流液。

另一部分液氮，经过冷器过冷节流后进入上塔顶部，作为上塔回流液，下塔釜液36％02的液空，经过冷器过冷节流后进入上塔中部参加精馏。

不同状态的三股流体进入上塔经再分离后，在上塔顶部得到纯度为99.99％的氮气，经过冷器、主换热器复热后出分馏塔。

上塔底部的液氧在主冷被下塔的氮气加热而蒸发，其中12000m3/h、纯度99.6％的氧气，经主换热器复热后出分馏塔，其余部分作为上升蒸气参加精馏；在上塔上部把污氮抽出，经主换热器复热引出分馏塔。

从主冷引出(折合气200m3/h)液氧作为产品液氧送用户。

从分馏塔出来的污氮，一部分去纯化系统，再生分子筛，其余去水冷塔升温、增湿后放空。

合格的氮气出分馏塔后，送入用户氮气压缩机，压缩送出，其余部份去预冷系统的水冷却塔，升温、增湿后放空。

合格的氧气出分馏塔后，氧压机压缩送出。

空分设备及深冷空分工艺流程资料空分设备简介空分设备是一种工业设备，主要用于将空气中的各种气体分离和纯化。

空分设备通常由空气压缩机、膜组或吸附剂、分离塔和再生设备等组成。

其中，空气压缩机是空分设备的核心设备，其将空气压缩到一定压力后，输送到分离塔中进行分离。

分离塔内的膜组或吸附剂通过对气体的选择性吸附或离子交换、分离等作用，将气体分离出来。

再生设备则用于将膜组或吸附剂的吸附物质去除，恢复其吸附能力。

深冷空分工艺流程简介深冷空分是一种常用的空分工艺，主要应用于产生液氧、液氮等工艺气体。

深冷空分利用低温下气体的液化性质，将空气中的各种气体通过不同的分离塔进行分离，并进行多级加工，最终得到高纯度的液氧、液氮等工艺气体。

深冷空分工艺流程主要包括以下几个步骤：1.空气的压缩：将空气通过压缩机进行压缩，提高空气的压力和温度。

2.空气的粗分离：空气经过初级分离塔，将空气中的主要气体成分分离出来，如氧气、氮气等。

3.精细分离：将粗分离的气体经过多级分离塔进行精细分离，分离出高纯度的氧气、氮气等。

4.排放废气：分离出的废气经过再生设备处理后排放。

5.液化：将分离出的气体通过多级冷却器进行冷却，使气体液化，得到高纯度的液氧、液氮等工艺气体。

空分设备的应用空分设备广泛应用于各种行业中，包括化工、制药、医疗、金属加工、航空航天、冶金、电子、食品加工等。

其中，深冷空分工艺在制造液化天然气、制备高纯度气体、生产氢气等方面具有重要作用。

液氧、液氮等工艺气体的应用也广泛，包括火箭燃料、航空燃料、特种气体制备等领域。

空分设备及深冷空分工艺是一种应用广泛的工业设备和工艺。

它通过对气体的选择性分离，可以得到高纯度的工艺气体，广泛应用于化工、制药、医疗、金属加工、航空航天、冶金、电子、食品加工等领域。

深冷空分工艺在制造液化天然气、制备高纯度气体、生产氢气等方面具有重要作用。

深冷空气分离装置工艺特点及设计原则探究摘要：在工业生产中，钢铁冶炼的生产制造对气体的要求非常严格，如果直接将空气填充到生产流程中不仅会产生其他的物质同时也会降低产品的质量，因此在钢铁冶炼生产中需要将空气中的各个成分进行分离，而空气分离过程中最重要的分离装置就是深冷空气分离装置。

深冷空气分离装置在氧气制备中主要是通过对填料塔、液体泵内压缩以及预净化等环节，是空气中的常温分子预净化完全，而空气分离增压过程中给空气分离装置提供所需的冷量，保障深冷空气分离的有效进行，为了确保深冷空气分离装置有效的运行和促进空气分离的效率，加强深冷空气分离装置工艺特点以及设计原则的分析非常有必要。

关键词：深冷空气分离装置；工艺特点；设计原则1空分装置的组成1.1脉冲反吹自洁式空气过滤器脉冲反吹自洁式空气过滤器的主要部件包括：空气滤筒、脉冲反吹系统、净气室、框架、控制系统。

反吹系统由气动隔膜阀、电磁阀、专用喷嘴及压缩空气管路组成。

控制系统主要由脉冲控制仪、差压变送器、控制电路等组成。

自洁式空气过滤器的净气室出口与空压机入口连接，在负压的作用下，从大气中吸入加工空气。

空气经过过滤筒，灰尘被滤料阻挡。

无数小颗粒粉尘在滤料的迎风表面形成一层尘膜。

尘膜可使过滤效果有所提高，同时也使气流阻力增大。

1.2预冷系统采用水和空气直接接触式的空冷塔，既降低空气温度，改善分子筛的工作环境，同时又洗涤空气中的机械杂质和酸性气体。

利用效率高，阻力小的散装填料塔，不但能够有效确保塔的换热性能，还能够有效降低阻力，使得空压机出口的压力极大的降低，最终起到降低能耗的作用。

液体的分布装置使用的分布器较为新型、高效，能够将水充分的与空气接触，确保塔的热换性能，使得冷冻水量有所降低，最终实现降低能耗的目的。

氮水冷却塔使用的散装填料塔较为高效，且能够将污氮的冷量进行充分的回收。

使用的冷冻水泵以及冷却水泵均采用一用一备的方式，从而有效确保装置的可靠性。

1.3纯化系统分子筛吸附器使用了活性氧化铝和分子筛构成的双层床结构，底层的活性氧化铝床层能够对分子筛进行有效的保护，使得分子筛的使用寿命有所延长，利用双层床能够有效降低吸附器的再生阻力，降低其再生温度，大大的节省了再生能耗。

深冷空分法、变压吸附法、膜分离法制氮优缺点对比表全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：深冷空分法、变压吸附法和膜分离法是目前常用的三种制氮技术。

它们各有优点和缺点，下面将分别对这三种方法进行比较，帮助大家更好地选择适合自己需求的制氮技术。

一、深冷空分法深冷空分法是一种通过空分设备将空气中的氧气和氮气分离得到高纯度氮气的方法。

其优点主要包括以下几点：1. 高纯度：深冷空分法可以得到高纯度的氮气，一般可以达到99.999%以上的纯度，适用于对氮气纯度要求较高的应用。

2. 高效：深冷空分法可以在较短的时间内制备大量的氮气，生产效率高。

3. 稳定性好：深冷空分法在稳定性和可靠性方面表现优秀，操作简单，维护成本低。

深冷空分法也存在一些缺点：1. 能耗高：深冷空分法需要通过液氮等冷冻设备来冷却空气，能耗较高。

2. 设备昂贵：深冷空分设备制造成本较高，需要一定的投资。

3. 操作成本：深冷空分设备对操作人员的要求较高，需要专业技术支持。

二、变压吸附法变压吸附法是一种利用吸附剂对空气中的氧气和氮气进行分离的方法，其优点包括：1. 低成本：变压吸附法设备制造成本低，投资相对较少。

2. 灵活性强：变压吸附法可以灵活控制制氮的纯度和流量，适用于不同的应用场景。

3. 节能环保：变压吸附法不需要液氮等冷冻设备，节能环保。

1. 制氮效率低：变压吸附法制备氮气的速度较慢，不适合对氮气需求量较大的场合。

2. 纯度不稳定：由于吸附剂的性能限制，变压吸附法得到的氮气纯度可能不够稳定。

3. 维护困难：变压吸附法设备需要定期更换吸附剂，维护成本较高。

三、膜分离法1. 无需能源消耗：膜分离法无需额外的能源消耗，节能环保。

2. 操作简单：膜分离法操作简单，维护成本低。

3. 适用范围广：膜分离法适用于各种规模的制氮需求，具有很强的通用性。

1. 纯度较低：膜分离法制备的氮气纯度一般不高，一般在95%左右。

2. 流量受限：膜分离法对氮气的流量有一定限制，不适合在氮气需求量极大的场合使用。

深冷法分离空气的基本原理一、空气的组成与产品（氮气、氧气）的制取空气是一种复杂的气体混合物，由多种气体组成。

干燥空气的组成，各类组份的性质不同，一般来说，常规情况下空气的组成可视为不变，只有二氧化碳在空气中的含量，随地区条件的不同有一些变化，另外空气中还含有少量的机械杂质、水蒸气、乙炔、甲烷、二氧化氮、一氧化碳等对空气分离有害的成分。

深冷法（低温法）分离空气的基本过程是：将空气压缩到所需要的压力后，先彻底去除空中的水蒸气与二氧化碳，而后送入分馏塔。

空气在分馏塔中的主换热器内与返流的产品气、富氧气体进行热交换，被冷却并部分液化，最后进入精馏塔。

空气在塔内变成液体聚积在塔底，利用氧、氮沸点之差使之分离，成为产品气和富氧空气。

分离产品经主换热器复热后送出分馏塔，产品气使用点，富氧气一部分去纯化器再生，多于富氧气出分馏塔直接放空。

水在0°C要结冰，二氧化碳在～79°C要变成干冰。

而在0.6 下的空气，其液化温度约为～172。

5°C，因此，如果水和二氧化碳不先除去，则随空气的冷却它们将先后变成冰和干冰，并随气体一起流动积聚，堵塞主换热器的空气通道、精馏塔筛板小孔、阀芯，影响装置的正常运转。

水、二氧化碳、润滑油一样，对空气分离装置低温部分危害极大。

空气中的碳氢化合物，特别是乙炔，在精馏过程中，如液空和液氧中的乙炔的浓度浓缩到一定程度就有爆炸的可能。

因此乙炔在液氧中的浓度规定不能超过0.1ppm。

空气中的不凝性气体，如氖、氦气，由于其冷凝温度太低，在空气设备的运行中，总是以气态集聚在冷凝蒸发器内，侵占冷凝蒸发器的热换面积，增大了热阻，影响热交换效果，因此也需要经常排放。

空气的深冷分离过程是一个物理过程，空气冷却与液化并使冷箱内的各部分冷却到各自的工作温度并始终维持在各自的工作温度，所需要的“冷量”主要是膨胀机提供的。

从上面的简单叙述中可以知道，深冷法分离空气一般包括以下一些过程：空气中的机械杂质的去除空气压缩到所需要的压力空气中水分、二氧化碳与乙炔的去除冷量的产生空气的冷却、液化与分离产品的复热液态空气的精馏、分离成产品气和富氧空气产品气的压缩与液化产品的贮存、运输和汽化此外还有保温与绝热、计量、检测与控制等内容。