论空气分离技术的发展趋势

摘 要：空气分离技术的研发与应用，对社会经济的发展与进步，尤其是工业生产的不断向前迈进产生了显著的促进作用。因而，深入探析空气分离技术的未来发展趋势，对了解国内外空气分离行业的动向，以及把握世界工业市场的发展态势等有着至关重要的影响。基于此，本文拟从空气分离技术的基本概况出发，分析空气分离技术的实际应用，探讨空气分离技术的发展趋势。

关键词：空气分离；分离技术；发展趋势；空气

空气分离技术是当前较为成熟的技术之一。伴随着近年来我国社会经济的飞速发展，化肥、石化、冶金等行业也随之取得了持续快速的发展，这就使得我国对空气分离技术与设备的市场需求愈来愈大，更是为一些大型空气分离设备产业创造了千载难逢的发展机遇期。市场需求的不断增加，促使国内大型空气分离设备进入了新一轮的发展高峰期。因此，本文针对空气分离技术的发展趋势研究，对我国工业经济的健康可持续发展有着关键性的影响。

1 空气分离技术的基本概况

空气指的是由氩、氮、氧等多种气体共同构成的混合气体，且空气中还有乙炔、水分、灰尘、一氧化氮、二氧化硫等一些微量杂质。空气分离技术指的则是生产氮、氧、氩等气体的方法，目前常用的空气分离方法有两种：一是采用空气液化技术，在此过程中还要借助于空气中的不同蒸汽压对气体予以分离；二是利用碳分子筛或者沸石对空气进行吸附，然后将产品从吸附剂中完全解吸。[1]其中，空气分离吸附法属于一种新兴技术，空气液化分离技术则属于比较传统的工艺。本文即是通过分析空气分离技术的基本概况，对空气分离技术的实际应用进行探究，并通过展望空气分离技术的未来发展趋势，以期为相关研究提供有价值的参考或借鉴。

2 空气分离技术的实际应用

（一）压缩空气干燥

压缩空气的脱湿化处理，通常需要采用变压吸附法对压缩空气实施干燥。同时干燥后的压缩空气还要注入WZG微热装置中进行加热，这是由于WZG装置不但可以对再生空气进行干燥，而且还具有无热再生的功能，另外该装置一般都是先加热再吹扫，这就大大降低了再生空气的耗气量，尤其是该装置能够将经过干燥处理的空气露点降低到-40度。而采用分子筛吸附剂技术之后，经过干燥处理的空气露点甚至可以达到-52度。也正因为如此，空气分离技术在压缩空气干燥领域中被广泛应用。

（二）空气分离氮气

目前空气分离技术在空气分离氮气领域中被大量应用。新研制出的PSA氮气制造装置，其原料空气的压力可达0.8MPa，湿度能够保持在80%，制造出的氮气纯度则可以稳定在95%-99%区间内。在空气分离氮气的过程中，首先要对空气进行压缩，当压缩力达到0.6MPa时，就可以对原料空气进行冷却处理，最后再通过注入吸附塔实施吸附式分离。[2]采用空气分离技术制造氮气的方法，不但简单易操作，而且可以制造出纯度较高的氮气，从而可以有效满足有关行业与企业的发展需求。因此，空气分离技术是氮气制造领域中的重要技术之一。

3 空气分离技术的发展趋势

（一）冷水机组的科学设置

目前国内的企业可以根据自身的氮气需求量对冷水机组进行科学设置。诸如，氮气需求量小的企业，可以适当降低冷水机组的配备数量与规模，从而最大程度压缩企业的冷水机组使用、维护、占用厂房等一系列成本性收入。但值得注意的是，冷水机组减少的前提是必须确保纯化器的安全与稳定，且再生的气量也要严控在合理区间之内。与此同时，还要加强水冷塔设备的安全性与可靠性，保证氮气量的应用需求，尽力降低水温以及进入到纯化器里的空气温度。

（二）内压缩技术的有效应用

截至目前，诸多研究结果显示，进上塔的相应空气量能够有效确保氩气的采收率，而内压缩技术就是将一定的空气成功送入上塔中的技术。具体而言，为了把膨胀的空气陆续送入到分离塔的上端，进而获得足量的氩气，可以采取将液氧输入到泵中再灌入管网压力之后，最后进行一系列复热式的处理即可，而如果将复热式处理的液氧再经过冷箱处理，还可以进一步提升氩气的采收率。[3]当前国内企业中的宝钢已经将内压缩技术应用到了空气分离设备中。

（三）负荷自动变化技术

冶金业中的转炉吹炼运转环节一般都是间断性的进行，因而对氧气量的需求也呈现出不断变化的态势，这就导致浪费氧气的现象无法规避。根据相关数据显示，我国冶金业中的氧气耗损量可达4%-15%。然而，负荷自动变化技术的研发不仅可以在一定程度上确保产品的纯度，而且能够在较短时间内对氧气量变化进行调节。从本质上讲，负荷自动变化技术主要是通过对空气压缩机的实际排气降低予以完成的，即压缩机中排气量的降低，可以同时降低压缩机的轴功率，进而满足新时代企业的降耗节能需求。[4]由于空气分离设备的耗电量非常高，因而采用负荷自动变化技术一方面可以提升企业的经济效益，另一方面則可以发挥节约能源的功能与效用。

（四）系统技术的不断优化

对于21世纪的企业而言，提升产品的生产量，增强设备的生产效率，有效降低空气分离设备的电能消耗、循环水消耗与蒸汽消耗，科学减少生产氧气的单位能耗等是其着重追逐的目标，以及努力实现的理想效果。所以，未来的空气分离技术必将体现在以下几方面：提升压缩机的使用效率、改进冷箱内的物流循环、采用新型的换热设备、使用新型的分子筛等。因而，系统技术的不断优化是空气分离技术的必然发展趋势，也是提升工业生产效率的主要措施之一，更是实现环保节能的重要路径。

（五）DCS控制技术

DCS控制技术属于空气分离设备中的计算机控制技术，该技术能够确保空气分离装置依据用户对纯度、产量的实际需求实施空气分离。目前该技术已经在空气分离装置的负荷动态变化、稳态运行中得到了大量的应用。[5]DCS控制技术自研发出来以后，之所以能够在空气分离领域中迅速普及应用，与其开放性、可靠性、协调性以及灵活性等一系列优点密不可分，且该技术的操作功能比较齐全，尤其是十分便于维护。

总而言之，当前我国的空气分离技术依然以低温精馏法的应用为主，在90年代研发出的变压吸附法也得到了长足的进步，薄膜渗透法则处于实验性的发展阶段，截至目前仍处于空白区域的则是化学吸收法。由此可见，空气分离技术的未来发展必然会根据各个行业的多种需求，出现膜分离、PSA、深冷等多种空气分离技术多样化发展的格局与趋势，特别是会因能源紧缺的逐步加剧，促使非低温的节能型技术的快速发展，还有PSA与膜、PSA与深冷等节能的、低成本、高效率的联合性工艺，也会成为未来空气分离技术的主要发展趋向。

参考文献

[1]黄志富.浅谈现代化的空气分离设备及其发展趋势[J].科技创业家，2012（08）：14-15.

[2]王喜奎，陈正举，孟召君等.磁分离聚氮聚氮原理性实验装置研究[J].华北电力大学学报（自然科学版），2008（04）：70-71.

[3]项敬岩，王喜魁，李源.磁场参数与富氧效果的关系分析[J].辽宁师范大学学报（自然科学版），2008（02）：162-163.

[4]冉振亚，王勇，司向云等.梯度磁场氮氧分离技术在汽车排放控制中的应用[J].重庆工学院学报（自然科学版），2009（10）：1-3.

[5]王喜奎，陈正举，洪广欢等.高梯度强磁场聚氧集氮机理与实验方案研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2005（02）：25-26.

作者简介

刘尧（1985-），男，汉族，宁夏中卫人，本科，神宁集团烯烃一分公司技术员，研究方向：化学工艺类（空气分离方面）。endprint