論空氣分離技術(shù)的發(fā)展趨勢

摘 要：空氣分離技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，對社會經(jīng)濟的發(fā)展與進步，尤其是工業(yè)生產(chǎn)的不斷向前邁進產(chǎn)生了顯著的促進作用。因而，深入探析空氣分離技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，對了解國內(nèi)外空氣分離行業(yè)的動向，以及把握世界工業(yè)市場的發(fā)展態(tài)勢等有著至關(guān)重要的影響?；诖?，本文擬從空氣分離技術(shù)的基本概況出發(fā)，分析空氣分離技術(shù)的實際應(yīng)用，探討空氣分離技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：空氣分離；分離技術(shù)；發(fā)展趨勢；空氣

空氣分離技術(shù)是當(dāng)前較為成熟的技術(shù)之一。伴隨著近年來我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，化肥、石化、冶金等行業(yè)也隨之取得了持續(xù)快速的發(fā)展，這就使得我國對空氣分離技術(shù)與設(shè)備的市場需求愈來愈大，更是為一些大型空氣分離設(shè)備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了千載難逢的發(fā)展機遇期。市場需求的不斷增加，促使國內(nèi)大型空氣分離設(shè)備進入了新一輪的發(fā)展高峰期。因此，本文針對空氣分離技術(shù)的發(fā)展趨勢研究，對我國工業(yè)經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展有著關(guān)鍵性的影響。

1 空氣分離技術(shù)的基本概況

空氣指的是由氬、氮、氧等多種氣體共同構(gòu)成的混合氣體，且空氣中還有乙炔、水分、灰塵、一氧化氮、二氧化硫等一些微量雜質(zhì)。空氣分離技術(shù)指的則是生產(chǎn)氮、氧、氬等氣體的方法，目前常用的空氣分離方法有兩種：一是采用空氣液化技術(shù)，在此過程中還要借助于空氣中的不同蒸汽壓對氣體予以分離；二是利用碳分子篩或者沸石對空氣進行吸附，然后將產(chǎn)品從吸附劑中完全解吸。[1]其中，空氣分離吸附法屬于一種新興技術(shù)，空氣液化分離技術(shù)則屬于比較傳統(tǒng)的工藝。本文即是通過分析空氣分離技術(shù)的基本概況，對空氣分離技術(shù)的實際應(yīng)用進行探究，并通過展望空氣分離技術(shù)的未來發(fā)展趨勢，以期為相關(guān)研究提供有價值的參考或借鑒。

2 空氣分離技術(shù)的實際應(yīng)用

（一）壓縮空氣干燥

壓縮空氣的脫濕化處理，通常需要采用變壓吸附法對壓縮空氣實施干燥。同時干燥后的壓縮空氣還要注入WZG微熱裝置中進行加熱，這是由于WZG裝置不但可以對再生空氣進行干燥，而且還具有無熱再生的功能，另外該裝置一般都是先加熱再吹掃，這就大大降低了再生空氣的耗氣量，尤其是該裝置能夠?qū)⒔?jīng)過干燥處理的空氣露點降低到-40度。而采用分子篩吸附劑技術(shù)之后，經(jīng)過干燥處理的空氣露點甚至可以達到-52度。也正因為如此，空氣分離技術(shù)在壓縮空氣干燥領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

（二）空氣分離氮氣

目前空氣分離技術(shù)在空氣分離氮氣領(lǐng)域中被大量應(yīng)用。新研制出的PSA氮氣制造裝置，其原料空氣的壓力可達0.8MPa，濕度能夠保持在80%，制造出的氮氣純度則可以穩(wěn)定在95%-99%區(qū)間內(nèi)。在空氣分離氮氣的過程中，首先要對空氣進行壓縮，當(dāng)壓縮力達到0.6MPa時，就可以對原料空氣進行冷卻處理，最后再通過注入吸附塔實施吸附式分離。[2]采用空氣分離技術(shù)制造氮氣的方法，不但簡單易操作，而且可以制造出純度較高的氮氣，從而可以有效滿足有關(guān)行業(yè)與企業(yè)的發(fā)展需求。因此，空氣分離技術(shù)是氮氣制造領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一。

3 空氣分離技術(shù)的發(fā)展趨勢

（一）冷水機組的科學(xué)設(shè)置

目前國內(nèi)的企業(yè)可以根據(jù)自身的氮氣需求量對冷水機組進行科學(xué)設(shè)置。諸如，氮氣需求量小的企業(yè)，可以適當(dāng)降低冷水機組的配備數(shù)量與規(guī)模，從而最大程度壓縮企業(yè)的冷水機組使用、維護、占用廠房等一系列成本性收入。但值得注意的是，冷水機組減少的前提是必須確保純化器的安全與穩(wěn)定，且再生的氣量也要嚴控在合理區(qū)間之內(nèi)。與此同時，還要加強水冷塔設(shè)備的安全性與可靠性，保證氮氣量的應(yīng)用需求，盡力降低水溫以及進入到純化器里的空氣溫度。

（二）內(nèi)壓縮技術(shù)的有效應(yīng)用

截至目前，諸多研究結(jié)果顯示，進上塔的相應(yīng)空氣量能夠有效確保氬氣的采收率，而內(nèi)壓縮技術(shù)就是將一定的空氣成功送入上塔中的技術(shù)。具體而言，為了把膨脹的空氣陸續(xù)送入到分離塔的上端，進而獲得足量的氬氣，可以采取將液氧輸入到泵中再灌入管網(wǎng)壓力之后，最后進行一系列復(fù)熱式的處理即可，而如果將復(fù)熱式處理的液氧再經(jīng)過冷箱處理，還可以進一步提升氬氣的采收率。[3]當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)中的寶鋼已經(jīng)將內(nèi)壓縮技術(shù)應(yīng)用到了空氣分離設(shè)備中。

（三）負荷自動變化技術(shù)

冶金業(yè)中的轉(zhuǎn)爐吹煉運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)一般都是間斷性的進行，因而對氧氣量的需求也呈現(xiàn)出不斷變化的態(tài)勢，這就導(dǎo)致浪費氧氣的現(xiàn)象無法規(guī)避。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國冶金業(yè)中的氧氣耗損量可達4%-15%。然而，負荷自動變化技術(shù)的研發(fā)不僅可以在一定程度上確保產(chǎn)品的純度，而且能夠在較短時間內(nèi)對氧氣量變化進行調(diào)節(jié)。從本質(zhì)上講，負荷自動變化技術(shù)主要是通過對空氣壓縮機的實際排氣降低予以完成的，即壓縮機中排氣量的降低，可以同時降低壓縮機的軸功率，進而滿足新時代企業(yè)的降耗節(jié)能需求。[4]由于空氣分離設(shè)備的耗電量非常高，因而采用負荷自動變化技術(shù)一方面可以提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，另一方面則可以發(fā)揮節(jié)約能源的功能與效用。

（四）系統(tǒng)技術(shù)的不斷優(yōu)化

對于21世紀的企業(yè)而言，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)量，增強設(shè)備的生產(chǎn)效率，有效降低空氣分離設(shè)備的電能消耗、循環(huán)水消耗與蒸汽消耗，科學(xué)減少生產(chǎn)氧氣的單位能耗等是其著重追逐的目標(biāo)，以及努力實現(xiàn)的理想效果。所以，未來的空氣分離技術(shù)必將體現(xiàn)在以下幾方面：提升壓縮機的使用效率、改進冷箱內(nèi)的物流循環(huán)、采用新型的換熱設(shè)備、使用新型的分子篩等。因而，系統(tǒng)技術(shù)的不斷優(yōu)化是空氣分離技術(shù)的必然發(fā)展趨勢，也是提升工業(yè)生產(chǎn)效率的主要措施之一，更是實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的重要路徑。

（五）DCS控制技術(shù)

DCS控制技術(shù)屬于空氣分離設(shè)備中的計算機控制技術(shù)，該技術(shù)能夠確?？諝夥蛛x裝置依據(jù)用戶對純度、產(chǎn)量的實際需求實施空氣分離。目前該技術(shù)已經(jīng)在空氣分離裝置的負荷動態(tài)變化、穩(wěn)態(tài)運行中得到了大量的應(yīng)用。[5]DCS控制技術(shù)自研發(fā)出來以后，之所以能夠在空氣分離領(lǐng)域中迅速普及應(yīng)用，與其開放性、可靠性、協(xié)調(diào)性以及靈活性等一系列優(yōu)點密不可分，且該技術(shù)的操作功能比較齊全，尤其是十分便于維護。

總而言之，當(dāng)前我國的空氣分離技術(shù)依然以低溫精餾法的應(yīng)用為主，在90年代研發(fā)出的變壓吸附法也得到了長足的進步，薄膜滲透法則處于實驗性的發(fā)展階段，截至目前仍處于空白區(qū)域的則是化學(xué)吸收法。由此可見，空氣分離技術(shù)的未來發(fā)展必然會根據(jù)各個行業(yè)的多種需求，出現(xiàn)膜分離、PSA、深冷等多種空氣分離技術(shù)多樣化發(fā)展的格局與趨勢，特別是會因能源緊缺的逐步加劇，促使非低溫的節(jié)能型技術(shù)的快速發(fā)展，還有PSA與膜、PSA與深冷等節(jié)能的、低成本、高效率的聯(lián)合性工藝，也會成為未來空氣分離技術(shù)的主要發(fā)展趨向。

參考文獻

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作者簡介

劉堯（1985-），男，漢族，寧夏中衛(wèi)人，本科，神寧集團烯烴一分公司技術(shù)員，研究方向：化學(xué)工藝類（空氣分離方面）。endprint