煤制甲醇过程中的空气深冷分离

刘凡石

摘 要：随着我国目前经济的迅猛式发展，国内工业对于甲醇等的需求量正日益提高着，而煤制甲醇工艺又离不开氮气以及氧气。本文中详细介绍了三种不同的空气分离法以及煤制甲醇的过程中的一系列工艺流程以及所要采用的空气深冷分离法。

关键词：煤制甲醇 空气深冷分离

中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0097-01

空气分离最基本的就是将空气中的氧气、氮气、氩气进行分离，并且为主装置来提供氩气、氙气以及高纯度的氧气、氮气等稀有气体。因为我国目前在很大程度的生产氧气、氮气的液化产品，尤其是在高纯度产品中的各种低温分离法方面上都有很大的竞争优势，这些都是不可替代的，但是只有低温分离法用氩气，并且还要在同一时间之内产生其他气体相关产品的能力，因此在空分行业应用低温法中占据着非常之重要的地位。

1 空气分离的方法

空气分离法的方法可以分为这几种，他们分别是：膜分离法、吸附法，以及低温探冷分离法。这其中膜分离法及吸附法又可以被称为非低温空气分离法。

1.1 低温深冷法

低温探冷法指的就是先将空气压缩之后膨胀，最后达到液化的效果，之后在精馏塔里利用氮、氧沸点不同，使用精馏法去分离又是两个过程，分别是液化及精馏，是深冷及精馏的统一，上塔主要就是分离，而下塔则主要是液化及初步分离，同时低温探冷法可以利用氧气的沸点与氮气的沸点不同之处，从对氧气、氮气实现相分离。尤其是在高压低温的环境中，可以将空气液化，之后在按照氧气的沸点与氮气的沸点不同，在精馏塔中经过精馏传热传质，来分离液态空气中的氧气与氮气的成分，从而实现了氧气氮气产品的分离。这也是目前应用得最为广泛的一种空气分离法。其中最大的有点就是产品质量和纯度都很高，更重要的是种类也非常多。

1.2 吸附法

利用固体吸附剂对于气体混合物之中一些组分吸附能力的不同及差异从而进行的。首先，变压吸附来制氧，利用PU-8型分子筛；其次，变压吸附来制氧，并专用分子筛。这种工艺同其他同类工艺比起来有优点也有缺点。优点就是，能耗和投资都很小，并且方便。而其缺点就是，再生时能量有所损耗，并且其产量较小，纯度也不够。

1.3 膜分离法

利用有机聚合膜对于气体混合物选择渗透性。穿透膜速度比之N2大约快了有四到五倍，但是这种分离法的生产能力相对来说更加低，纯度也更加低。根据相关资料显示，氧气纯度大约是25%～35%。

2 煤制甲醇中空气深冷分离

煤质甲醇其一大基础就是煤气化，如果要进行煤气化，就要对氧气机、水蒸气与煤中的炭来进行反应，也就是水煤气反应，通过水煤气反应得到一氧化碳及氢气，这样一来就决定了煤质甲醇的发展绝对是离不开氧气的。氮气则是作为一种保护气体来用于置换、密封、煤粉输送及干燥。由于需要氧和氮产品，并且用量极大，煤化工等行业只能够使用空气深冷分离的方法。空气深冷分离法就是利用空气里各个组分其沸点之间的差异，并在低温下面把空气液化之后再通过精馏来分离出氩、氮和氧等组分。

空气深冷分离法其工艺流程一般来说是由五个部分组成的，他们分别是：空气压缩、膨胀制冷；空气中水分、杂质等净化；空气经换热后冷却、液化；空气精馏、分离；低温产品的冷量回收及压缩。

空气压缩和膨胀制冷就是原料空气经过空气的过滤系统之后，去除了灰尘及机械杂质。过滤之后空气会由多级压缩机不断压缩到所需要的压力。压缩空气之后在直接地接触之后冷却塔，也可以被称为空冷塔里以对流的形式被低温冷冻水及循环冷却水分段冷却。在空冷塔的底部，空气会被循环冷却水进行预冷，在顶部的空气会被冷冻水更进一步地冷却。空气离开了循环水站温度愈低，对于下游空气的吸附单元负荷就愈加小。空气之中少量的化学杂志也会被冷却水所吸收。在循环水站的顶部设置了又除沫器来除去空气之中的水雾。

空气之中的水分及杂质等净化，也就是压缩空气经过吸附器的时候，水、二氧化碳、氮氧化合物以及大部分的碳氢化合物都将被吸附。其中吸附器中的间隔循环，则是一个吸附器去吸附杂志的；另一个则是进行被再生用的。吸附与再生这个过程则是按照顺序来进行自动控制的，且保证相关的装置可以连续的运行。而吸附器的再生则是利用了冷箱中的污氮进行的，其中再生的环节则是将吸附器和吸附流程相互隔离，再生气体上也防空。同时，与吸附流程相隔离的吸附器来做卸压，这之后在经过再生蒸汽加热器所加热产生的低压污氮来进行再生，紧接着在利用再生的气加热器中的旁路来对冷低温氮气进行吸附器的冷却，然后在采用吸附之后的空气来对吸附器进行升压，最后在返回吸附流程当中。再生循环最主要是由以下几个部分组成的，他们分别是：加热、冷却、增压和加压。

空气经过换热冷却之后，液化出纯化装置的洁净空气其实是分成三股的。其中大部分的经纯化装置洁净空气在换热器里污氮及氮气冷却之后已经接近到露点，再进入到高压精馏设备中去。于此同时，第二部分的空气则是从纯化装置中直接进入到低压增压段去进行增压再一步步被送到低压精馏设备中。而第三部分则是去多级冷却空气增压机中里进行增压，最后分别进入到高压精馏设备和低压精馏设备中去。

空气进行精馏与分离，则是运用高压精馏的设备对空气进行分离的，在高压精馏塔中的顶部得到了氮气，其底部则得到了粗液氧。而粗液氧在经过加压节流的环节之后，将会被导入到氩精馏设备顶部的冷凝罐中，这时在高压精馏塔顶部得到的那部分氮气将在蒸发冷凝器中与低压精馏设备底部中的液化氧气进行换热，这其中的氮气会被冷凝，而液化氧则会被蒸发掉。冷凝之后的液化氮经过主换热器的过冷之后的部分就会被最为液氧产品再进入到液氧储罐中，另外一部分没有进入到液氧储罐的则会经节流减压之后再进入低压精馏设备中作为回流液。这一系列过程之后剩余的液化氮会进入到高压精馏设备的顶部来作为回流液。而高压精馏设备顶部的那部分氮气则会直接从设备内部被抽出去，经主换热器复热之后再作为低压氮气产品。于此同时，高压精馏设备中部还会抽出一些液体，经过节流减压之后被送至低压精馏设备的顶部来作为回流液。

3 结语

基于上文中种种叙述，空分分离法可以分为非低温及低温两种，这其中非低温空气分离法又包括了吸附剂膜分离法。而吸附和膜分离法又有许多的工艺流程，本文中对于这些都有详细的介绍。

参考文献

[1] 陆山.浅谈空气分离技术的发展和改进[J].甘肃冶金，2011（6）.

[2] 赵飞.各种空气分离方法的比较[J].中国高新技术企业，2011（7）.

[3] 姜磊.基于空分装置节能运行策略研究[D].长春：长春工业大学，2009.

[4] 王欣荣.化工企业空气分离装置工艺流程选择[J].安徽科技，2011（2）.endprint