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摘 要：近些年来，我国的工业化进程不断加快，空气分离装置是现代化工的重要组成，空气中含有大量日常需要的原料，通过多种流程设计来分离空气中的氧气、氮气等成分，通过对空气中各种成分的分离来供应石油和冶金等行业的生产使用。随着化工工艺的不断进步以及行业内的产品需求量越来越大空气分离装置工艺技术研究也逐渐广泛，本文对空气分离工艺技术进行分析，并且对各个工艺技术在实际应用选择中加以分析。
关键词：空分装置；工艺特点；分析
中图分类号：TQ116.11 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0258-02
引 言
空分装置在我国被广泛地应用，空分装置，顾名思义，就是将各种空气进行分离的装置，也就是空气分离装置。空分装置是现代化工行业的主要支柱，是重要组成部分，空分装置运用多种工艺技术来分离空气的氧气、氮气等其他气体，将这些气体转化为液体的状态，提供给石油、制药等多种工业进行使用。本文中，针对现代空分装置工艺技术及其选择加以分析，希望能够起到一定的借鉴作用。
1 空气分离装置的特点
空气分离装置的作用是将空气混合物进行纯化分离，下面将从流程与设备两方面对空分装置的特点进行分析。
从工艺流程上看，空分装置相比于其他设备安全系数较高，由于空分装置技术的不断革新，设备看似比较复杂但是操作简单。包括设备的生产成本也较为低廉，一些中小型企业完全能承担得起。
从设备装置的机组特点来看，空气过滤器是一个重要的装置，主要特点是能自动清理过滤器内的空气。预冷系统的主要特点是可以保证其拥有良好的换热性能，并且对于空压机的负荷也能够起到减轻的效果。纯化系统的特点是能够长期使用，吸附时间长，寿命长。
2 空分装置工艺技术分析
2.1 低温精馏技术
低温精馏空分技术是在低温深冷空分的技术基础上进行的改进，分离的原理是利用氧分子与氮分子物理性质的区别，氮气的沸点为77K（-196℃），氧气的沸点90K（-183℃），将空气在高压低温的条件下液化冷凝，再利用氧分子与氮气分子的沸点不同，低温精馏分离，图1展示当前的低温分馏空分装置技术流程图。低温精馏技术相比于膜分离技术、变压吸附技术得到的产品纯度更高。但是这种低温精馏技术仍旧需要空气压缩机、净化装置、热交换系统以及精馏系统等，这样就造成设备的复杂，生产成本较高，操作不够简便等特点。
2.2 膜分离技术
膜分离技术在分离液体混合物中应用比较广泛，其分离的原理是利用膜两侧的电位差进行分离混合物的。膜分离应用于分离空气是近年来才发展起来的一种新的分离方法，根据氧气分子与氮气分子的扩散系数的不同实现了分离。毫无疑问，这种膜分离空气的效率低下，膜性能的好坏也会影响到分离的效率与产品的纯度。膜分离技术在所有技术中最为灵活，通过更换纤维材质膜的形式可以满足所有类型的空气成分的分离，并且通过纤维膜孔的筛选可以分离出不同规格以及种类和纯度的气体产品，在实际应用中证明压力越大，膜分离的产量就越大，图2展示当前的膜分离空分装置技术流程，同时通过对膜分离工艺技术的改进以及对设备型号的不断梯度增加，加大了膜分离技术的应用，但是介于技术的局限性膜分离技术分离空气混合物在当前工业上的应用还是有限的，随着科技的不断进步与发展，膜分离技术前景广阔。
2.3 变压吸附技术
变压吸附技术也是一种分离空气混合物的一种方法，该技术主要原理是通过分子筛的吸附作用将氧气分子与氮气分子吸附，通过改变压力，使氧气分子与氮气分子形成吸附力的差异，最终将氧气与氮气分离。在这一过程中分子筛是可以循环套用的，但是这种分离技术得到的产品纯度较差。在实际的生产流程中采用此技术流程过程较为复杂，并且需要对空气进行净化处理，首先除去空气中存在的杂质，并且将产品送入缓冲罐中，此技术产品设备相对比较简单，并且操作并不复杂，在早期的分期分离技术中得到广泛的应用，但是因为其获取的氮气产品质量较低，因此目前已经逐渐退出空分装置技术流程的市场主流。
3 空分装置工艺技术的选择
在我国空分装置被大量地应用，应用的范围也是非常广，品种类型也是各种各样的，选择起来也是非常困难，因此在选择过程中针对不同的行业选择不同的工艺流程，需要根据自身的行业需求进行选择，在了解空气分离装置工艺的主要化学原理之后，还需要根据用户需要怎样状态下的产品进行选择，在此本文提出以下几点选择建议：
3.1 对于液态产品生产的工艺技术选择
空分装置在工作过程中所选择的是气体形态的原材料，而转化为液体形态需要在高温低压的条件下进行。结合上述的工艺手法，我认为低温精馏工艺是最好的选择。在不是低温的状态下，虽然可以利用分子筛或者分离膜进行分离，但是在大气压的状态下，氮气和氧气的沸点都较高，无法从气态转化为液态。因此，由气态转化为液态需要探索合适的温度和压力，同时也要对氮氧产品的储存严格把关。
3.2 对于气态产品生产的工艺技术选择
生产气态产品的工艺流程有多种选择，主要利用的是分子筛和分离膜进行分离，这两种工艺手法能够实现循环使用，同时也能节约生产成本，但是它存在的最大的弊端是无法生产纯度较高的氮氧产品。而对于一些纯度要求较高的产品，在生产过程中需要整个过程都是低压低温，然后采用双塔精馏工艺进行分离。吸附工艺、膜分离工艺虽然能够实现空气分离的目的，但是它不能提取出纯度高的氮氧产品，采用上述工艺手法可以提取出纯度接近于百分之百的氮氧产品。
3.3 对大型空分装置产品的工艺要求
化工行业的主要特点是设备大型化，装置规模化，化工行业的不断发展对氧气与氮气的需求量就会增大，国内许多大型化工企业都有自己的空分裝置，在这种大的趋势下，空分装置的发展必然走向规模化。在此过程中空分行业的技术人员对原有的工艺流程不断进行开发，并且通过不断的试车将原有的空分装置工艺流程规模不断扩大，目前多数工艺流程已经适合大规模工业化应用，部分工艺流程在特大规模的生产设备中也得到广泛的发展。
3.4 对空分装置的可靠性要求更高
随着化工行业的不断发展，对空气分离装置的安全性能提出了更高的要求。空分装置是化工原料的来源，一旦空分装置可靠性低，不能满足化工对氧气、氮气的需求，就会阻碍化工生产，造成经济损失。同时空分装置分离的气体的质量也是保证化工安全、有效生产的关键。
4 空分装置工艺的安全生产管理
（1）操作人员在对阀门进行开关时，要严格地使用检验合格的工具，应该使用铜制扳手或者是已经经过专业处理的扳手，防止由于使用的工具不合规范而造成操作人员的伤亡。
（2）对氧气管道要定期地进行检查、维护，定期进行除锈刷漆，定期测一次贮罐壁的厚度，除锈刷漆是为了能与贮气罐相互配合，对于管路上的安全阀、压力表也要每年定期地进行校对检验，从而保证能正常地开展工作。
（3）当液氧气化设施安装在氧气管道系统中时，要避免低温液氧进入到常温状态下的氧气管道，防止由于气化超出常规的压力范围而导致发生安全事故。
（4）操作人员对接地装置要定期地进行检查，确保氧气管道中的接地装置是完好无损、可靠的。
（5）对定期检查的结果进行记录并存入档案。
5 结束语
空分装置在化工行业起着重要的作用，充分了解化工空分装置工艺的特点有利于更好的了解分离工艺，只有充分了解分离工艺才能更好地分离空中的氧气、氮气等气体。本文对空分装置工艺技术展开分析，同时对于工艺流程的选择也提出一些合理的建议，以此来提高我国的空分工艺流程的工艺水平，进而促进我国在现代化工行业的发展。
参考文献
[1]廖正强.简析空分装置工艺技术路线的分析及比选[J].科技创新与应用，2014（14）.
[2]李牧声，王 帅.空分装置工艺技术路线的分析及比选[J].石化技术，2017（12）.
[3]童行伟，李 红，徐恒彪.空分装置工艺流程的选择[J].石化技术，2018（02）.
收稿日期：2018-8-13
作者简介：张建宇（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事空分生产技术管理方面工作。
关键词：空分装置；工艺特点；分析
中图分类号：TQ116.11 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）27-0258-02
引 言
空分装置在我国被广泛地应用，空分装置，顾名思义，就是将各种空气进行分离的装置，也就是空气分离装置。空分装置是现代化工行业的主要支柱，是重要组成部分，空分装置运用多种工艺技术来分离空气的氧气、氮气等其他气体，将这些气体转化为液体的状态，提供给石油、制药等多种工业进行使用。本文中，针对现代空分装置工艺技术及其选择加以分析，希望能够起到一定的借鉴作用。
1 空气分离装置的特点
空气分离装置的作用是将空气混合物进行纯化分离，下面将从流程与设备两方面对空分装置的特点进行分析。
从工艺流程上看，空分装置相比于其他设备安全系数较高，由于空分装置技术的不断革新，设备看似比较复杂但是操作简单。包括设备的生产成本也较为低廉，一些中小型企业完全能承担得起。
从设备装置的机组特点来看，空气过滤器是一个重要的装置，主要特点是能自动清理过滤器内的空气。预冷系统的主要特点是可以保证其拥有良好的换热性能，并且对于空压机的负荷也能够起到减轻的效果。纯化系统的特点是能够长期使用，吸附时间长，寿命长。
2 空分装置工艺技术分析
2.1 低温精馏技术
低温精馏空分技术是在低温深冷空分的技术基础上进行的改进，分离的原理是利用氧分子与氮分子物理性质的区别，氮气的沸点为77K（-196℃），氧气的沸点90K（-183℃），将空气在高压低温的条件下液化冷凝，再利用氧分子与氮气分子的沸点不同，低温精馏分离，图1展示当前的低温分馏空分装置技术流程图。低温精馏技术相比于膜分离技术、变压吸附技术得到的产品纯度更高。但是这种低温精馏技术仍旧需要空气压缩机、净化装置、热交换系统以及精馏系统等，这样就造成设备的复杂，生产成本较高，操作不够简便等特点。
2.2 膜分离技术
膜分离技术在分离液体混合物中应用比较广泛，其分离的原理是利用膜两侧的电位差进行分离混合物的。膜分离应用于分离空气是近年来才发展起来的一种新的分离方法，根据氧气分子与氮气分子的扩散系数的不同实现了分离。毫无疑问，这种膜分离空气的效率低下，膜性能的好坏也会影响到分离的效率与产品的纯度。膜分离技术在所有技术中最为灵活，通过更换纤维材质膜的形式可以满足所有类型的空气成分的分离，并且通过纤维膜孔的筛选可以分离出不同规格以及种类和纯度的气体产品，在实际应用中证明压力越大，膜分离的产量就越大，图2展示当前的膜分离空分装置技术流程，同时通过对膜分离工艺技术的改进以及对设备型号的不断梯度增加，加大了膜分离技术的应用，但是介于技术的局限性膜分离技术分离空气混合物在当前工业上的应用还是有限的，随着科技的不断进步与发展，膜分离技术前景广阔。
2.3 变压吸附技术
变压吸附技术也是一种分离空气混合物的一种方法，该技术主要原理是通过分子筛的吸附作用将氧气分子与氮气分子吸附，通过改变压力，使氧气分子与氮气分子形成吸附力的差异，最终将氧气与氮气分离。在这一过程中分子筛是可以循环套用的，但是这种分离技术得到的产品纯度较差。在实际的生产流程中采用此技术流程过程较为复杂，并且需要对空气进行净化处理，首先除去空气中存在的杂质，并且将产品送入缓冲罐中，此技术产品设备相对比较简单，并且操作并不复杂，在早期的分期分离技术中得到广泛的应用，但是因为其获取的氮气产品质量较低，因此目前已经逐渐退出空分装置技术流程的市场主流。
3 空分装置工艺技术的选择
在我国空分装置被大量地应用，应用的范围也是非常广，品种类型也是各种各样的，选择起来也是非常困难，因此在选择过程中针对不同的行业选择不同的工艺流程，需要根据自身的行业需求进行选择，在了解空气分离装置工艺的主要化学原理之后，还需要根据用户需要怎样状态下的产品进行选择，在此本文提出以下几点选择建议：
3.1 对于液态产品生产的工艺技术选择
空分装置在工作过程中所选择的是气体形态的原材料，而转化为液体形态需要在高温低压的条件下进行。结合上述的工艺手法，我认为低温精馏工艺是最好的选择。在不是低温的状态下，虽然可以利用分子筛或者分离膜进行分离，但是在大气压的状态下，氮气和氧气的沸点都较高，无法从气态转化为液态。因此，由气态转化为液态需要探索合适的温度和压力，同时也要对氮氧产品的储存严格把关。
3.2 对于气态产品生产的工艺技术选择
生产气态产品的工艺流程有多种选择，主要利用的是分子筛和分离膜进行分离，这两种工艺手法能够实现循环使用，同时也能节约生产成本，但是它存在的最大的弊端是无法生产纯度较高的氮氧产品。而对于一些纯度要求较高的产品，在生产过程中需要整个过程都是低压低温，然后采用双塔精馏工艺进行分离。吸附工艺、膜分离工艺虽然能够实现空气分离的目的，但是它不能提取出纯度高的氮氧产品，采用上述工艺手法可以提取出纯度接近于百分之百的氮氧产品。
3.3 对大型空分装置产品的工艺要求
化工行业的主要特点是设备大型化，装置规模化，化工行业的不断发展对氧气与氮气的需求量就会增大，国内许多大型化工企业都有自己的空分裝置，在这种大的趋势下，空分装置的发展必然走向规模化。在此过程中空分行业的技术人员对原有的工艺流程不断进行开发，并且通过不断的试车将原有的空分装置工艺流程规模不断扩大，目前多数工艺流程已经适合大规模工业化应用，部分工艺流程在特大规模的生产设备中也得到广泛的发展。
3.4 对空分装置的可靠性要求更高
随着化工行业的不断发展，对空气分离装置的安全性能提出了更高的要求。空分装置是化工原料的来源，一旦空分装置可靠性低，不能满足化工对氧气、氮气的需求，就会阻碍化工生产，造成经济损失。同时空分装置分离的气体的质量也是保证化工安全、有效生产的关键。
4 空分装置工艺的安全生产管理
（1）操作人员在对阀门进行开关时，要严格地使用检验合格的工具，应该使用铜制扳手或者是已经经过专业处理的扳手，防止由于使用的工具不合规范而造成操作人员的伤亡。
（2）对氧气管道要定期地进行检查、维护，定期进行除锈刷漆，定期测一次贮罐壁的厚度，除锈刷漆是为了能与贮气罐相互配合，对于管路上的安全阀、压力表也要每年定期地进行校对检验，从而保证能正常地开展工作。
（3）当液氧气化设施安装在氧气管道系统中时，要避免低温液氧进入到常温状态下的氧气管道，防止由于气化超出常规的压力范围而导致发生安全事故。
（4）操作人员对接地装置要定期地进行检查，确保氧气管道中的接地装置是完好无损、可靠的。
（5）对定期检查的结果进行记录并存入档案。
5 结束语
空分装置在化工行业起着重要的作用，充分了解化工空分装置工艺的特点有利于更好的了解分离工艺，只有充分了解分离工艺才能更好地分离空中的氧气、氮气等气体。本文对空分装置工艺技术展开分析，同时对于工艺流程的选择也提出一些合理的建议，以此来提高我国的空分工艺流程的工艺水平，进而促进我国在现代化工行业的发展。
参考文献
[1]廖正强.简析空分装置工艺技术路线的分析及比选[J].科技创新与应用，2014（14）.
[2]李牧声，王 帅.空分装置工艺技术路线的分析及比选[J].石化技术，2017（12）.
[3]童行伟，李 红，徐恒彪.空分装置工艺流程的选择[J].石化技术，2018（02）.
收稿日期：2018-8-13
作者简介：张建宇（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事空分生产技术管理方面工作。