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长春空分设备:对三种常见空气分离制氧方法的认识

日期:2015年6月18日 11:48

长春空分设备:对三种常见空气分离制氧方法的认识

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 空气分离制氧是采用一定的技术措施将氧气、氮气从空气(混合物)中分离出来的方法。因此,氧气的制取有物理方法和化学方法两大类,即称为物理制氧和化学制氧。物理制氧的原料是大气,主要采用深冷法、变压吸附法、膜分离法以及它们之间相结合的方法。

 
1、深冷法
 
深冷法是先将空气压缩、冷却,并使空气液化,利用氧、氮组分的沸点的不同(在大气压下氧沸点为90 K,氮沸点为77 K ),在精馏塔板上使气、液接触,进行质、热交换,高沸点的氧组分不断从蒸气中冷凝成液体,低沸点的氮组分不断地转入蒸气之中,使上升的蒸气中含氮量不断地提高,而下流液体中氧量越来越高,从而使氧、氮分离,这就是空气精馏。此法无论是空气液化或是精馏,都是在120 K以下的温度条件下进行的,故又称为低温法空气分离。
 
深冷制氧机特点是生产量大,氧气纯度高(大于99.6% O2),在大型、特大型用氧场合具有优势。大多数情况下氧气是由深冷法制取,传统的深冷制氧设备具有工艺成熟、运行稳定、可靠性高的优点,但也有投资高、运行成本高及存在爆炸隐患等缺点。
 
2、变压吸附法
 
变压吸附法即VPSA法,其基本原理是基于分子筛对空气中的氧、氮组分具有选择性吸附而使空气中氧氮气分离从而获得氧气。当空气经过压缩,经吸附塔的分子筛吸附层时,氮分子优先被吸附,氧分子留在气相中穿过吸附床层而成为产品氧气。当吸附剂层中的氮气吸附达到相对饱和时,利用减压或抽真空的方法将吸附剂分子表面吸附的氮分子解吸出来并送出界区排空,使吸附剂得到解吸重新恢复原有的吸附能力,为下一周期的吸附产氧作准备,两个以上(含两个)吸附塔不停地循环,就实现了连续产氧的目的。
 
近10年来,变压吸附制氧设备发展迅速,是一种新颖的制氧方法,其在灵活、多变的用氧场合中很有优势,很有竞争力,被迅速普及。PSA制氧机的特点是工艺流程简单、投资省、能耗低、气体产品产量和纯度可调、灵活性好,但存在产品单一、浓度低、可靠性较低等缺点,因此适用于氧气纯度95%以下、中小型用氧场合以及富氧炼铜中。
 
3、膜分离法
 
随着人工合成高分子膜的开发,利用膜法分离物质的高科技技术迅速得到发展,应用范围越来越广,在食品加工与发酵液提取中的应用尤其受国际上的高度重视。
 
有机蒸汽膜法回收系统主要采用“反向”选择性高分子复合膜。在一定的渗透推动力作用下,根据不同气体分子在膜中的溶解扩散性能的差异,可凝性有机蒸汽(如氯乙烯、乙烯、重烃等)与不凝性气体(如氢气、氮气、甲烷等)相比,被优先吸附渗透,从而达到分离的目的。在工业应用中,常见的膜分离法有电渗析、微滤、超滤、反渗透和纳滤五种。
 
应用膜法分离具有一系列优点:(1)不需要加热可以达到分离浓缩的目的,适用于不可受热和氧影响的食品生产;(2)工艺简单,只需加压、输送、循环等工序;(3)分离水时,即浓缩时没有物相的变化,能量损耗少操作简电生产费用比蒸发法与冷冻法低,设备安装容易;(4)可解决稀溶液中微量成分回收和低浓度溶液的浓缩问题;(5)物质仅在mm内移动,进行短距离分离,物质不会因移动而改变;(6)应用膜分离物质,耗能少,特别在缺能源的或能源价格高的情况下,膜分离法更有吸引力。
 
其他的空气分离制氧方法
 
介于深冷法、变压吸附法和膜分离法三中制氧方法的优缺点,常采用两种方法结合的分离方法,如将深冷法和膜分离法有机结合了起来,降低生产成本,提高制氧效率,使气体产品的产量和纯度提高,以适应气体的各种用途。再如,膜分离法与深冷法联合用于催化裂化干气的氢烃分离,利用膜分离法回收干气中绝大部分的氢气,使干气中其余组分得以富集,提高了脱甲烷塔塔顶气的露点,降低了脱甲烷塔的能耗和乙烯损失。联合工艺法尤其适合于氢资源短缺而自身拥有深冷分离装置的大型炼油厂,在经济发展中有很大推动作用。

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