基于氣體深冷分離工藝分析

胡彥峰

【摘? 要】氧氣不僅僅是我們賴以生存的必須品，同時也是工業領域十分重要的材料，與之有同等地位的是大氣中的主要成分——氮氣，這兩種氣體的在工業領域中的生產都需要用到氣體分離裝置，通過這種裝置來實現氣體的深冷分離工藝，通過分離后能夠得到純度比較高的適合于工業領域使用的氣體，由于氧氣氮氣這樣的氣體在工業領域具有十分重要的地位，因此深冷分離工藝就愈顯得十分重要，純度越高的氣體就越受到大家的喜愛，所以對于氣體生產企業來說，為了滿足市場的需求，他們需要不斷研究并且改良工藝。

【關鍵詞】氣體;深冷;分離工藝;分析

不同的氣體有著不同的物理特性，通過利用它們物理沸點的不同，可以實現混合氣體的分離，這也是氣體生產工藝的主要技術特點?？萍嫉陌l展帶來了生產力的提升，但隨之而來的是對于更精細的生產工藝的要求，氣體生產企業生產的氣體即使現在已經有了很高的純度，但是對于那些下游企業來說，氣體的純度越高越好，氣體生產企業要想增強自己的市場核心競爭力，就需要不斷地改良自己的工藝，生產出純度更高的產品。

一、氣體深冷分離工藝的技術特點

通過對氣體深冷分離工藝的技術進行研究，可以發現工藝中能夠優化的地方，或者分析出優化氣體深冷分離工藝方法，或者拓寬氣體深冷分離工藝的用途，總之，氣體深冷分離工藝想要得到發展，那么對于它的分析工作必不可少。

1.1氣體深冷分離工藝的設備

氣體分離工藝對于其設備有一定的依賴，所以在進行氣體分離提純工作時，設備的選擇十分重要，同時，氣體分離工藝的設備或許存在改進的空間，所以要對它的生產設備進行分析。

氣體深冷分離工藝所需的主要設備有很多，比如自潔式空氣過濾器、分子篩、壓縮機等，通過這些設備的共同工作，保證了出產氣體的質量，不同用途的氣體對于設備有著不一樣的需求，例如在空氣壓縮機的選擇方面，如果對于氣體的要求是低壓并且氣體參數連續的空氣，在壓縮機的選擇方面，會以連續型離心式壓縮機為首選，如果是入戶的空氣，因為有著長管道運輸的過程，所以在進行壓縮機選擇時，會優先考慮往復式壓縮機。

不同氣體用途需要進行不同的設備選擇，只有選擇合理的設備才能將所生產輸送的氣體質量最大化。

1.2氣體深冷分離工藝的核心

氧氣與氮氣都是空氣中占比比較大的氣體，這兩種氣體的沸點不一樣，所以在進行二者的提純工作時，會利用精餾塔來進行兩種氣體的分離。其它氣體的提純工作也同理，但是，即使空氣中氧氣與氮氣的占比比較大，但是依舊會存在其它氣體，即雜質的存在，如果這些氣體進入精餾塔，就會對整個提純過程造成干擾，所以在空氣進入分餾塔之前會進行過濾工作，通過自潔式空氣過濾器以及分子篩來進行空氣的初步過濾。所有的氣體提純都會為了避免雜質的干擾而進行氣體的初步處理工作，另外，在進行氣體的提純工作時，之所以存在降低溫度的步驟，是因為精餾的過程中會有對流介質產生，為了能夠高度提純，所以需要進行降溫處理，即深冷工藝。

1.3氧氣、氮氣的深冷分離工藝技術

深冷分離工藝的主要目的是提純空氣中的氧氣以及氮氣，并將二者做分離，在進行提純工作時，首先利用自潔式空氣過濾器進行空氣的過濾，此過程是為了避免空氣中的其它氣體，如二氧化碳，以及粉塵顆粒等雜質對空氣的精餾結果造成影響，經過初步提純的空氣再被輸送到空氣壓縮機，在空氣壓縮機中，空氣會被增壓，隨后再將被增壓處理過的空氣輸送進冷卻塔，冷卻塔分為兩個部分，下部利用循環水對空氣進行冷卻，上部通過冰機冷水進行空氣的冷卻，在進行空氣冷卻的過程中，空氣也會和水氣接觸，這個過程能夠幫助空氣進一步去除雜質，冷卻后的空氣被輸送進分子篩，分子篩能夠有效去除空氣中攜帶的水蒸氣以及二氧化碳，防止后續膨脹步驟時發生凍堵現象。經過分子篩過濾的空氣會分成兩個部分，一個部分會通過增壓機以及膨脹機，這部分占比較小，而且它將是后續降溫時的主要冷源，大部分氣體會通過主換熱器，在精餾塔的下部作為上升氣體，冷源氣體則會進入精餾塔的中部，最后無論是下部還是中部的氣體都會停留精餾塔的上部，經過氣液對流，液氧層會逐漸出現，經過冷量液化的氣體也會形成粗液氮，最后在精餾塔的上部會得到純度比較高的氮氣，在精餾塔的地步會得到純度比較高的液氧，這兩種產品再經過換熱器以及壓縮機的調整之后即輸送到客戶處，由客戶進行使用。

1.4回收及精制氫的工藝

近年來，石油煉制工業以及石油化學工業都在快速發展，這兩個行業對于氫氣的需求也越來越大，對于氣體生產企業來說，對于氫氣需求的擴大正是他們企業發展的契機，所以氫氣的生產力不僅要擴大，其生產工藝也要進行研究以及改進，以期能夠生產出純度更高的產品。

氫氣的來源主要是工業廢氣，通過對這些廢氣的回收利用，既減少了環境污染，又創造了經濟價值，但是廢氣中有大量污染物的存在，所以氫氣的提純工藝就是對工業廢氣的凈化處理，一般，工業廢氣提純氫氣的技術為變壓吸附，通過吸附劑，將廢氣中的污染物，如粉塵、其它雜質氣體等分離出來，剩下的就是純度比較高的氫氣，通過這種方法提純的氫氣純度能夠達到99.999%。

二、實現氣體分離工藝發展的突破口

氣體的分離以及提純在很多領域都有著廣泛的應用，比如從沼氣中提取天然氣、回收氫氣等，因為混合氣體中的雜質過多，對于提純工藝的要求就非常高，普通的提純方式難以達到生產要求，所以在氣體分離工藝方面需要更多的研究。

目前，工業領域中的氣體提純工藝中，最新的研究熱點為石墨烯膜的研究，現在已經有研究表明，石墨烯膜是目前為止發現的厚度最薄的分子屏障，這種膜有著良好的滲透性、伸縮性以及機械性，可以更好地進行氣體中雜質的過濾去除，雖然石墨烯膜已經進入了大眾視野很久，但是在其應用方面的研究依舊不足，無法利用其來進行氣體的分離提純，不過，對于石墨烯膜的研究一直在進行，相信不久的某一天就能將它應用在氣體分離提純的工藝上。

結語：

氣體的分離提純工作對于工業領域來說十分重要，因為很多工業生產活動都需要純度比較高的氣體，如氫氣或者氮氣，隨著社會的發展，人們生產活動對于這些氣體的需求越來越大，同時對于氣體的純度要求也越來越嚴格，如何能夠分離出純度更高的氣體，是現在研究的熱門，石墨烯膜的發現相信能夠將氣體提純工藝推向一個新的高度，隨著科學技術的發展，相信不久的將來人們就可以利用石墨烯膜進行氣體的過濾提純。

參考文獻：

[1]朱雷榮，李彥軍. 氣體深冷分離工藝窺探[J]. 中國化工貿易，2019，11（25）：111.

[2]康慶元，徐恒彪. 氣體深冷分離工藝探討[J]. 云南化工，2018，45（2）：109.

[3]孫輝. 氣體深冷分離工藝探討[J]. 石化技術，2018，25（11）：200.

[4]王曉博，李玲. 甲烷深冷分離工藝在煤化工中的應用研究[J]. 化工管理，2016（23）：249-249.

[5]馬江. 深冷空氣分離裝置工藝特點及設計原則探究[J]. 化工管理，2018（3）：196.

[6]賴秀文，張淑文，胡明輝，等. 煤制甲醇中的合成氣深冷分離制 LNG 的工藝研發[J]. 石油與天然氣化工，2015（1）：54-58.