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摘要：甲醇是一种重要的化工原料，在化学上属于有机物。甲醇不仅自身是化工原料，还可以用来制造一系列的其他化工原料，包括乙二醇、甲胺等。而空分的低温分离法具有很好的经验和成果，进一步的综述研究工作有助于其快速发展。
关键词：煤质甲醇；空气；深冷分离；分析
引言：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
本文主要介绍与煤制甲醇工艺相关的低温深冷分离法内压缩流程。低温深冷分离的原理是根据大气中各种组份沸点的不同，特别是在压强较高温度较低时，空气可以被液化，然后由于氧气和氮气的沸点差异，精馏塔可通过精馏传热传质达到分离液态空气的效果，将其中的氧气和氮气分离开来，这种空气分离法可同时分离多样产品，且纯度非常高，因此是最为重要的空气分离方法。
2.空气分离的方法
2.1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。
2.2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。
2.3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%。
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3.煤制甲醇过程中的空气深冷分离
3.1空气压缩、预冷
空气压缩和预冷是空气深冷分离的基础，在空气进入等温离心式空压机之前经脉冲式空气过滤器清洁介质中的固体颗粒和微尘，通过压缩进入空气冷却塔，冷却来自空气压缩机准备进入分子筛吸附器的空气直接接触式空气冷却塔，塔内装有增强聚丙烯环和不锈钢DC环填料，热空气在塔内从下往上流动，通过和填料中的冷却水及冷冻水发生对流，使热空气通过空气冷却塔直接接触洗涤并冷却。蒸发冷却塔包括填料器和分配器。不纯氮气从底部进入到填料下方，自下而上冷却反方向的水流。顶部出口处安装除雾器。来自冷却水系统的水从上往下流过填料层，和上升的不纯氮气密切接触。不纯氮气进冷却塔时是干燥的，出去时湿度接近饱和。水冷却塔底部积聚的冷却水，通过冷冻水泵加压，并输送到空气冷却塔顶部。冷却水的蒸发损失通过补充新鲜水来弥补，所供新鲜水的流量由水冷却塔底部的液位自动控制。
3.2空气中水分、杂质等净化
空气经冷却还存在一部杂质，如水分、二氧化碳、一氧化二氮和一些碳氢化合物都是极性或不饱和分子，很影响产品的纯度，因此需要进行净化，空气净化主要是通过分子筛吸附器来实现的，分子筛对它们都有很强亲和力。分子筛使用的吸附剂为13X-APG，这种吸附剂在工作一段时间后，会达到饱和。但是可以通过再生功能恢复到饱和前的状态，只需将干燥的通过蒸汽加热器对污氮气进行加热，然后将加热的污氮气引入附剂层进行脱附，污氮气旁路蒸汽加热器对分子筛继续再生。下一次吸附剂再饱和时，再将污氮加热和冷却就可以再次让吸附剂再生，这样的工作模式保证了装置的循环性。
3.3换热后冷却、液化
流程一：洁净空气在经过纯化装置后，此时一般被分为三股，第一股纯化空气直接进入冷箱，在换热器中分别被污氮气冷却至接近于露点温度，然后再送入下塔底部。第二股纯化空气进入空气增压机又分2段，第1段为中低压段出来的空气，空气将会排入膨胀机进行增压，增压后空气将会被送入换热器中，在换热器中空气将会被冷却，再从中部抽出来，最后进入平膨胀机内。第2段为高压段压缩后进入板式换热器，在板式换热器中分别被高压液氧、高压液氮、污氮冷却，冷凝后节流进入下塔。
流程二：在装置的下塔顶部，可以得到高纯的氮气，膨胀之后的氮气会在氮气增压机中被压缩，然后压缩氮气会被分成三股，从氮压机中被抽出。被抽出的第一股氮气是从中间抽出的，将会进入主换热器，在主换热器中氮气将会被冷却，等氮气的温度降到标准温度后，会从主换热器的中部被抽出，再次进入膨胀机，氮气再一次被膨胀，膨胀后的氮气循环进入到主换热器中。等温度冷却到标准温度后进入冷箱。从冷箱出来后，氮气再次进入循环氮气增压机，将氮气压缩增压。然后继续上述流程。这是氮气的循环过程。
3.4精馏、低温产品冷量利用
精馏和分离过程需要运用下塔精馏设备进行分离，可在下塔顶部得到氮气，底部得到富氧液空，富氧液空经过冷节流进入上塔。精馏下塔顶部所得氮气会与上塔底部中的液氧在蒸发冷凝器中产生换热，液氧被高热的氮气蒸发，而氮气则液化成液体。冷凝之后，液氮将被分为三部分，一部分会被输入液氮储罐当中储存起来，一部分会经过冷节流送入上塔中，即作为回流液。还有一部分液氮送入下塔顶部，作为回流液，而下塔顶部存在的部分氮气会于设备内部被抽出，通过主换热器进行复热过程，复热完成后可作为低压氮气产品，同时下塔中部抽取含氧量为24%的液体在经过冷却后会被输入上塔的上部，这部分液体的作用是作为回流液。上塔通过精馏得到污氮气，污氮气经过冷装置，交换冷量后经由主换热器和污氮换热器复热离开冷箱。
总结：综上所述，煤制甲醇是工业发展的重要工艺之一，制作过程需要空气分离操作，主要用到方法为空气低温深冷分离法，其方法的作用、优势和具体工艺流程已经在文章中进行详细讲解。我相信空气深冷分离在煤制甲醇工艺中的应用会越来越广泛，产生的效果和相关技术工艺会不断升级，而生产过程中的经验总结也会帮助空气深冷分离法进一步的优化创新，最终达到共赢的良性循环，为我国经济发展添砖加瓦。
参考文献：
[1]师泽，张晓卫.煤制甲醇过程的低温余热利用与碳减排工艺探讨[J].花炮科技与市场，2018(01):47+56.
[2]金军.煤制甲醇用压缩机的常见故障及维护对策初探[J].化工管理，2017(36):174.
[3]黄宏，杨思宇.一种低能耗捕集CO_2煤基甲醇和电力联产过程设计[J].化工学报，2017，68(10):3860-3869.
[4]王有为，谷中鸣.煤制甲醇生产过程VOCs泄漏监测与修复技术[J].河南化工，2017，34(06):45-46.
论文作者:李瑞芹, 张奎同
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/22
标签：氮气论文; 空气论文; 精馏论文; 分离法论文; 甲醇论文; 低温论文; 氧气论文; 《防护工程》2018年第23期论文;