低温空气（干冰，氮气，氧气和氩气）分离和液化系统概述-行业动态

低温空气分离方法通常用于大中型工厂，以生产氮气，氧气和氩气，作为气体和/或液体产品。低温空气分离是生产高纯度氧气和氮气的首选技术。它是高生产率工厂中的一种经济高效的技术。所有生产液化工业气体产品的工厂都使用低温技术。低温空气分离过程的复杂性，设备的物理尺寸以及操作过程所需的能量随要生产的气态和液态产品的数量，它们所需的产品纯度以及所需的输送压力而变化。与纯氧气厂相比，纯氮气生产设备具有较低的复杂性和较低的运行功率。在需要时，两种产品的联合生产在资本和能源使用方面具有成本效益。与可以直接使用的气态产品相比，液氧和液氮的生产需要额外的设备，并且每单位产品交付所需的功率增加了一倍以上。氩气生产仅与氧气一起作为副产物是经济的。使其高度纯净将增加植物的物理尺寸和复杂性。空气-制氮，氧，氩的原料：干燥空气的成分比较均匀，主要成分如下。环境空气中的水分含量最高为体积的5％，并且可能包含许多其他气体（通常为痕量），这些气体会在空气分离和产品净化系统中的一个或多个点处被除去。一般过程说明-低温空气分离装置：用于生产工业气体产品的空气分离周期有很多变化。设计更改源于用户需求的差异。根据需要的产品数量（是否是氮气或氧气，两个氧气和氮气，或氮气，氧气和氩气），所需的产品纯度，所需的气态产品输送压力以及是否需要一种产品，过程周期有所不同。或以液体形式生产和存储更多产品。所有低温空气分离过程都包括一系列相似的步骤。所选过程配置和压力水平的变化反映了所需的产品组合（或混合物）和用户优先级/评估标准。一些过程周期可以限制资金成本，一些过程周期可以减少能源使用，而某些过程则可以提高产量。该示意性低温空气分离流程图（以一般方式）说明了空气的分离及其主要成分向氮气的净化。氧气和氩气是许多重要的气体和液体产物。它不代表任何特定的植物。低温空气分离的步骤以及工艺和物理配置选项：任何空气分离设备中的各个工艺步骤都是过滤，压缩和冷却进入的空气。在大多数情况下，空气压缩到5至8 bar（约75至115 psi）之间，具体取决于预期的产品混合物和所需的产品压力。压缩空气被冷却，进入空气的大部分水蒸气被冷凝并排出，因为空气在压缩的最后阶段经过一系列的级间冷却器和后冷却器。由于离开压缩系统的空气的最终温度受可用冷却介质的温度限制（在几乎所有情况下，受环境空气的湿球或干球温度的限制），因此压缩空气的温度通常是高于温度以获得下游单元运行的效率。因此，空气通常通过机械制冷系统进一步冷却。此步骤有几个好处。它允许通过冷凝除去额外的水蒸气。它还降低并稳定了下游系统的入口温度，从而提高了整个空气分离过程的效率和稳定性。特别地，它减少了分子筛预纯化系统中的除水负荷。在某些情况下，可以通过直接接触后冷却器系统（DCAC）完全或部分完成压缩空气冷却。 DCAC系统使用冷却，干燥和富氮废气来冷却“冷却塔”中的循环冷却水流，然后使用冷却水流冷却山高中的压缩空气。nd塔。压缩和冷却后，空气分离过程中的下一个主要步骤是去除杂质，尤其是残留的水蒸气和二氧化碳。必须去除进气口中的这些成分，以符合产品质量规格。在空气进入设备的低温蒸馏部分之前，必须除去水蒸气和二氧化碳，因为在非常低的温度下，它们会冻结并沉积在过程设备内部的表面上。去除水蒸气和二氧化碳的基本方法有两种：“分子筛装置”和“可逆转炉”。几乎所有新的空气分离设备都使用“分子筛”和“预纯化单元”（PPU），通过在环境温度附近将这些分子吸附到“分子筛”材料的表面，从而从进入的空气中去除二氧化碳和水。这些单元中吸附材料的混合物也可以轻松调节，以去除工业环境中可能发现的其他污染物，例如碳氢化合物。吸附材料通常装在两个相同的容器中，其中一个用于净化进入的空气，另一个用于清洁的废气再生。两张床经常切换服务。当需要高比例的氮回收时，自然的选择是分子筛预纯化。另一种方法是使用“反向”热交换器去除水和二氧化碳。尽管可逆转炉虽然通常被认为是“过时”的技术，但对于较小型的制氮设备或制氧设备可能更具成本效益。在使用可逆热交换器的设备中，压缩空气进料的冷却是在两组钎焊铝热交换器中完成的。进入的空气在“热端”热交换器中被冷却到足够低的温度，从而水蒸气和二氧化碳冻结到热交换器的壁上。通常，一组阀门会逆转空气和排气通道上的负载。切换后，它非常干。一部分温暖的废气蒸发了水，并使空气冷却过程中沉积的二氧化碳冰升华。这些气体返回到大气中，并且在完全除去后，可逆换热器准备再次传递负载。当使用可逆换热器时，请安装一个冷吸收装置以除去进入蒸馏系统的所有碳氢化合物。 （当使用分子筛“前端”时，PPU中的碳氢化合物杂质以及水蒸气和二氧化碳将被去除。）低温空气分离的下一步是产品与废气流之间的额外转移。进入的空气使空气进入物料达到低温（约-300华氏度或-185摄氏度）。这种冷却发生在钎焊的铝制热交换器中，该热交换器在进气和冷产物以及离开低温蒸馏过程的废气流之间交换热量。将排出的气流加热到接近环境的空气温度。从气态产物流和废物流中回收制冷量可以最大程度地减少工厂必须生产的制冷量。低温蒸馏所需的非常低的温度是通过制冷过程产生的，该制冷过程包括一种或多种高压工艺流的膨胀。低温空气分离/产物纯化过程的下一步是蒸馏，将空气分离成所需的产物。为了使用氧气作为产物，蒸馏系统使用两个串联的蒸馏塔。这些通常称为“高压”和“低压”塔（或“低压”和“高压”塔）。氮植物可能只有一个支柱，尽管一些高纯度植物可能有两个支柱。在每个蒸馏塔的顶部，氧气在底部离开。最初（高压）塔中产生的不纯氧如果需要，可以在第二个低压塔中进一步纯化。如果需要超纯氮气，则使用高压或低压塔来基本消除蒸馏阶段未除去的所有氧气。氩气的沸点类似于氧气。如果仅需要氧气和氮气作为产品，它将优先与氧气产品保持一致。在简单的两塔系统中，这会将氧气纯度限制在约97％。如果纯度低氧气是可以接受的（例如，用于燃烧富集），氧气纯度可以低至95％。但是，如果需要高纯度氧气，则必须从蒸馏系统中除去氩气。当需要或期望时，在低压塔中的氩气浓度高的地方发生氩气-[去除]。除去的氩气在单独的“侧抽”粗氩蒸馏塔中进行处理，该粗氩蒸馏塔与低压塔集成在一起。可将排出的不纯（或“粗”）氩物流排出，在现场进行进一步处理以除去氧气和氮气，以成为“纯”氩，或将其收集为液体，然后输送至偏远的“氩精炼厂”。选择主要取决于可用氩气的量以及各种替代方法的经济分析。通常，每天生产至少100吨氧气时，从经济上讲，氩气提纯是最可行的。通过多步法从粗氩生产纯氩。传统方法是在“脱氧”装置中除去粗氩中2％至3％的氧气。这是一个小的多步骤过程，将氧气和氢气化学混合在装有催化剂的容器中，然后将生成的水在分子筛干燥器中除去（冷却后）。所得的无氧氩气流在“纯氩”蒸馏塔中进一步处理，以除去残留的氮气和未反应的氢气。填充塔蒸馏技术的进步创造了第二种氩气生产方法，即完全低温氩气回收，该设备使用非常高（但直径较小）的蒸馏塔来进行困难的氩气/氧气分离。因为氧气和氩气之间的沸点差相对较小