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[摘 要]深冷法空分装置制氧设备中使用的是一套的填料塔、液体泵内压缩以及前段预净化流程，使用常温分子筛预净化，空气增压透平膨胀机提供装置所需的冷量，从而形成空气增压膨胀、双塔精馏、内压缩的一种流程。基于此，本文对深冷空气分离装置工艺进行分析。
[关键词]空分装置；工艺特点
中图分类号：G181 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0398-01
采用深冷技术开发的空气分离装置，是以空气为原料，通过压缩循环和深度冷冻的方法将空气液化，通过精馏操作从液态空气中分离出氧气、氮气、氩气等气体，是煤制甲醇化工生产装置中的重要组成部分。空分装置主要包括空气压缩、空气净化、空气的冷却及液化、精馏等单元。
1 深冷分离法
深冷分离法，简单的讲即为通过不同的温度来最大程度的对气体进行分离。主要是采取一种机械性的方式，例如通过不同手段让气体实现膨胀，再根据各种不同气体各自的沸点不同，对它们再进行降温冷却。不同的气体通过这种方式实现了较为精准的分离。在我国，制取氧气的80%都是来源于这种方法。这种方法分离出的气体精度相对较高，但是在分离过程当中的成本也较大。这种方法比较适合空气中比重较大气体含量的分离，比如氮气和氧气的制取就非常适合，而在分离在空气中所占比重较小的气体时则显示出他的不足与局限性。尽管我们当前在改进技术管理等方面一直在努力，也取得了不小的成就，但是水平仍有待于进一步的提高。
2 深冷分离法基本原理及其对应的空气分离装置
深冷分离法在空气分离上，工作原理较为简单。它把空气作为原料，经过一系列的程序，包括大幅度的浓缩、有步骤的净化，以及还要使用热交换的方法使空气液化成液态的空气。大致如下：空气在进入压缩机之前要先通过空气的过滤装置进行过滤，使其更加纯净后再进入空气压缩装置中，压缩到了具有合适压力后再进入空气的冷却装置中，使空气的温度迅速地降低。在此基础之上，再对空气进行干燥处理，可以通过空气干燥净化器来进行，使空气中一些不被需要的物质被清除，比如所含的水分、二氧化碳等物质。在空气分离的装置的设置中，也必须要保障两种流液被很好的处理和收集。一方面，空气被净化后要保证其进入空气分离装置中的主换热增热容器中，未获得通过的，即返回来的液态气体通过冷却装置达到最佳温度时，再送入净化蒸馏容器的底部，在容器上部能够充分搜集氮气，在底部的液态空气再进行冷凝，通过一系列的冷凝装置进行冷凝蒸发，氮气最终被冷凝，部分最后对滞留的液体进行分节设置。当然，也可以把它再次流入主要的换热增热容器中，之后到达一定程度进入膨胀的容器中进行膨胀，降温，一部分的气体可以被再分离和再次的利用，其他的部分也会被排入大气。由此可以看出，要建立空气分离装置，一方面做到空气的深度压制缩小并对空气进行彻底的净化；另一方面即是空气的最终分离。当然，从空气分离出来的液态氮气也应有专门的容器进行液态的贮藏和运输。在对其设备进行检查时，必须要确保液态氮气的密封性好，安全的进入对应的容器里。
3 空分装置的特点
3.1 流程特点
空分装置采用液氧内压缩、空气膨胀流程，具有安全性好、可靠性高、操作维护方便、投资成本低、配置更合理的特点。
3.2 成套设备机组特点
3.2.1 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。
3.2.2 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。
3.2.3 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。
纯化系统阀门主要由三杆阀控制，每个阀门都有开关两个信号，而且均有开关状态回馈，如果阀门卡死在中间状态或在切换过程中，操作员可以根据生产需要选择暂停自动控制程序，使所有阀门保持在該操作状态不变化，也可以恢复运行自动控制程序，让纯化系统继续投入正常工作时序。
分子筛纯化系统使用的是长周期设计的方式，单个吸附器吸附的时间为4h，能够有效延长分子筛以及阀门的使用寿命，切换所造成的损失也会减小，同时将切换而引起的压力波动次数有所降低，确保主塔工况足够的稳定。
分子筛的切换系统主要使用无冲击切换方式，利用带调速器的切换阀，确保阀门的开关较为缓慢，匀速进行切换；均压阀使用的是正反流通能力相近的且具备良好调节性能的进口阀门，采用分程控制的原则，确保装置充气过程足够的平稳，工况的相对稳定；污氮放空阀使用的预开放式，避免上塔出现“憋压”的问题。切换系统使用DCS自动控制方式，其中包含有压力压差进行自动判断，与阀位反馈信号进行有效配合，能够使得切换系统的可靠性得到保障。
3.2.4 精馏塔系统
精馏塔系统主要分为上塔、下塔和冷凝蒸发器。上塔采用规整填料，可以提高效率，降低空压机排压，提高装置提取率，降低能耗。下塔采用高效筛板塔，可以节省投资。冷凝蒸发器常见的型式有板翅式和管式两种，因板翅式冷凝蒸发器采用的是全铝结构，主要优点是结构紧凑、重量轻、体积小，而且制造容易，因此，在大中型空分设备中得到了广泛应用。
待分离的原料进入上塔，进料板以上为精馏段，以下为提馏段。其中精馏段所起的作用是将上升汽相中的重组份不断冷凝分离，汽相中轻组份不断提纯。提馏段的作用是将下流液相中轻组份不断汽化分离，液相中重组份不断提纯。冷凝蒸发器则是联系上塔和下塔的纽带，它用于上塔底部的液氧和下塔顶部的气氮之间的热交换。液氧在冷凝蒸发器中吸收热量而蒸发为气氧，作为上塔的上升蒸气；气氮在冷凝蒸发器中放出热量而冷凝成液氮，作为下塔的下流液体。通过精馏，实现了空气的分离。
3.2.5 控制系统
空分装置采用DCS集散型控制系统。结合选用国际先进的DCS系统、调节阀、在线分析仪等测控组件，除了确保空分装置的正常运行外，还可以在装置出现事故停车时保证设备安全。
结语
总而言之，市场的主要选择依旧是低能耗、高效能以及安全生产的空分装置，利用对现阶段空分技术的现状进行分析，对国内外广泛应用的空分技术进行比较，空分技术在工艺流程方面和设备选择方面都有较好的发展。
参考文献
[1] 张艳红.煤化工项目中空分装置设计及建设问题[A].中国化工学会.2013中国化工学会年会论文集[C].中国化工学会：，2013：1.
[2] 王盛慧，金星，田巍.空压机时变模型的建立与预测控制方法的研究[J].长春工业大学学报（自然科学版），2010，31（01）：10-14.
[关键词]空分装置；工艺特点
中图分类号：G181 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0398-01
采用深冷技术开发的空气分离装置，是以空气为原料，通过压缩循环和深度冷冻的方法将空气液化，通过精馏操作从液态空气中分离出氧气、氮气、氩气等气体，是煤制甲醇化工生产装置中的重要组成部分。空分装置主要包括空气压缩、空气净化、空气的冷却及液化、精馏等单元。
1 深冷分离法
深冷分离法，简单的讲即为通过不同的温度来最大程度的对气体进行分离。主要是采取一种机械性的方式，例如通过不同手段让气体实现膨胀，再根据各种不同气体各自的沸点不同，对它们再进行降温冷却。不同的气体通过这种方式实现了较为精准的分离。在我国，制取氧气的80%都是来源于这种方法。这种方法分离出的气体精度相对较高，但是在分离过程当中的成本也较大。这种方法比较适合空气中比重较大气体含量的分离，比如氮气和氧气的制取就非常适合，而在分离在空气中所占比重较小的气体时则显示出他的不足与局限性。尽管我们当前在改进技术管理等方面一直在努力，也取得了不小的成就，但是水平仍有待于进一步的提高。
2 深冷分离法基本原理及其对应的空气分离装置
深冷分离法在空气分离上，工作原理较为简单。它把空气作为原料，经过一系列的程序，包括大幅度的浓缩、有步骤的净化，以及还要使用热交换的方法使空气液化成液态的空气。大致如下：空气在进入压缩机之前要先通过空气的过滤装置进行过滤，使其更加纯净后再进入空气压缩装置中，压缩到了具有合适压力后再进入空气的冷却装置中，使空气的温度迅速地降低。在此基础之上，再对空气进行干燥处理，可以通过空气干燥净化器来进行，使空气中一些不被需要的物质被清除，比如所含的水分、二氧化碳等物质。在空气分离的装置的设置中，也必须要保障两种流液被很好的处理和收集。一方面，空气被净化后要保证其进入空气分离装置中的主换热增热容器中，未获得通过的，即返回来的液态气体通过冷却装置达到最佳温度时，再送入净化蒸馏容器的底部，在容器上部能够充分搜集氮气，在底部的液态空气再进行冷凝，通过一系列的冷凝装置进行冷凝蒸发，氮气最终被冷凝，部分最后对滞留的液体进行分节设置。当然，也可以把它再次流入主要的换热增热容器中，之后到达一定程度进入膨胀的容器中进行膨胀，降温，一部分的气体可以被再分离和再次的利用，其他的部分也会被排入大气。由此可以看出，要建立空气分离装置，一方面做到空气的深度压制缩小并对空气进行彻底的净化；另一方面即是空气的最终分离。当然，从空气分离出来的液态氮气也应有专门的容器进行液态的贮藏和运输。在对其设备进行检查时，必须要确保液态氮气的密封性好，安全的进入对应的容器里。
3 空分装置的特点
3.1 流程特点
空分装置采用液氧内压缩、空气膨胀流程，具有安全性好、可靠性高、操作维护方便、投资成本低、配置更合理的特点。
3.2 成套设备机组特点
3.2.1 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。
3.2.2 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。
3.2.3 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。
纯化系统阀门主要由三杆阀控制，每个阀门都有开关两个信号，而且均有开关状态回馈，如果阀门卡死在中间状态或在切换过程中，操作员可以根据生产需要选择暂停自动控制程序，使所有阀门保持在該操作状态不变化，也可以恢复运行自动控制程序，让纯化系统继续投入正常工作时序。
分子筛纯化系统使用的是长周期设计的方式，单个吸附器吸附的时间为4h，能够有效延长分子筛以及阀门的使用寿命，切换所造成的损失也会减小，同时将切换而引起的压力波动次数有所降低，确保主塔工况足够的稳定。
分子筛的切换系统主要使用无冲击切换方式，利用带调速器的切换阀，确保阀门的开关较为缓慢，匀速进行切换；均压阀使用的是正反流通能力相近的且具备良好调节性能的进口阀门，采用分程控制的原则，确保装置充气过程足够的平稳，工况的相对稳定；污氮放空阀使用的预开放式，避免上塔出现“憋压”的问题。切换系统使用DCS自动控制方式，其中包含有压力压差进行自动判断，与阀位反馈信号进行有效配合，能够使得切换系统的可靠性得到保障。
3.2.4 精馏塔系统
精馏塔系统主要分为上塔、下塔和冷凝蒸发器。上塔采用规整填料，可以提高效率，降低空压机排压，提高装置提取率，降低能耗。下塔采用高效筛板塔，可以节省投资。冷凝蒸发器常见的型式有板翅式和管式两种，因板翅式冷凝蒸发器采用的是全铝结构，主要优点是结构紧凑、重量轻、体积小，而且制造容易，因此，在大中型空分设备中得到了广泛应用。
待分离的原料进入上塔，进料板以上为精馏段，以下为提馏段。其中精馏段所起的作用是将上升汽相中的重组份不断冷凝分离，汽相中轻组份不断提纯。提馏段的作用是将下流液相中轻组份不断汽化分离，液相中重组份不断提纯。冷凝蒸发器则是联系上塔和下塔的纽带，它用于上塔底部的液氧和下塔顶部的气氮之间的热交换。液氧在冷凝蒸发器中吸收热量而蒸发为气氧，作为上塔的上升蒸气；气氮在冷凝蒸发器中放出热量而冷凝成液氮，作为下塔的下流液体。通过精馏，实现了空气的分离。
3.2.5 控制系统
空分装置采用DCS集散型控制系统。结合选用国际先进的DCS系统、调节阀、在线分析仪等测控组件，除了确保空分装置的正常运行外，还可以在装置出现事故停车时保证设备安全。
结语
总而言之，市场的主要选择依旧是低能耗、高效能以及安全生产的空分装置，利用对现阶段空分技术的现状进行分析，对国内外广泛应用的空分技术进行比较，空分技术在工艺流程方面和设备选择方面都有较好的发展。
参考文献
[1] 张艳红.煤化工项目中空分装置设计及建设问题[A].中国化工学会.2013中国化工学会年会论文集[C].中国化工学会：，2013：1.
[2] 王盛慧，金星，田巍.空压机时变模型的建立与预测控制方法的研究[J].长春工业大学学报（自然科学版），2010，31（01）：10-14.