什么是低温蒸馏过程?

　　低温蒸馏(也称为低温精馏)是一种分离过程，其工作原理是在非常低的温度下液化气体混合物，然后在其沸点选择性地蒸馏特定的气体成分。

　　尽管该过程产生高纯度的产品，但由于净化要求(去除水、碳氢化合物、二氧化碳)和制冷要求(将温度降至-200°C)，它是能源密集型的。该工艺主要用于大规模/工业生产高纯度氧气和氮气(气态或液态)产品，或根据需要生产氩气。

　　空气深冷蒸馏的工艺流程如下：

　　低温空气分离如何工作?

　　过滤预处理

　　在预处理中，空气经过一系列过滤装置，去除灰尘颗粒和水分。然后，它还经过一系列压缩机以除去剩余的水蒸气。

　　压缩空气的冷却

　　压缩机将空气压缩至 5-8 巴(取决于所需的产品压力)。根据查尔斯定律，空气被压缩时温度会升高。为了达到空气成分分离的最佳温度，必须通过热交换器或其他制冷装置除去热量。

　　热交换器由覆盖排放管的盘管组成，温暖的压缩空气从排放管流出。装有冷却液(可以是水、液氮或任何其他深冻液体)的盘管将压缩的热空气冷却至负温。

　　空气净化(去除二氧化碳)

　　冷却的压缩空气通过分离单元，导致空气部分膨胀。这种膨胀导致温度下降，使二氧化碳固化(冰点-79°C)。气流通过分子筛去除固化的二氧化碳以及剩余的水蒸气。

　　去除二氧化碳和水蒸气对于该过程至关重要，因为较低的温度会导致它们冻结并堵塞设备。

　　使空气达到低温

　　去除二氧化碳后，膨胀的空气(现在由氧气、氮气和氩气组成)通过喷嘴进一步膨胀，形成射流。膨胀导致空气温度从-80°C 降至-200°C。通过液化过程，空气在低温下凝结并变成液体。

　　空气蒸馏

　　通过缓慢加热液态空气，蒸馏将空气分离成不同的气体成分。首先分离氮气(沸点-196°C)，然后分离氩气(沸点-186°C)，最后分离氧气(沸点-183°C)。每个产物流被单独收集并且可以使用多个蒸馏塔。

　　低温蒸馏的工业应用

　　氧气的工业生产

　　从大气中分离氧气的过程如下：

　　通过低温空气分离，氧气通过连接至储罐的管道收集在蒸馏塔底部。然后根据其预期用途的要求对该纯氧(至少 99% 纯度)进行加压。

　　天然气脱硫：从天然气中分离氮气

　　低温蒸馏用于从天然气中去除氮气，因为浓度超过 4% 会造成气阻或燃烧的危险。氮气还会稀释天然气的热值(降低 BTU)，从而降低商业价值。高氮天然气基本上处于搁浅状态，因为无法通过管道运输到市场。

　　在低温蒸馏过程中，利用氮气与天然气的沸点差异将其分离。甲烷(沸点-161.5°C)先于氮气液化，从而使两者能够有效分离和回收。

　　在采用低温蒸馏之前，必须去除 H2O、CO2、芳烃和 C3+ 碳氢化合物等杂质，以避免损坏设备。因此，对于低于 50-100 MMSCFD 的流量使用低温蒸馏在经济上是不可行的 。

　　低温蒸馏的优点和缺点

　　综上所述，以下是低温蒸馏的优点和缺点。尽管它有其缺点，但它仍然是均质气体混合物最具成本效益的分离方法。

　　常见问题解答

　　1. 低温蒸馏是什么时候发明的?

　　低温蒸馏由 Carl Von Linde 于 1985 年发现，但直到 1905 年才首次应用于工业。由于其工业应用已超过 75 年，该技术因其可靠性而得到广泛认可，并且可设计用于高容量(高达每天 5,000 吨)。

　　2. 低温蒸馏贵吗?

　　与膜分离和变压吸附等其他方法相比，低温蒸馏是从空气或气态进料中分离单个气体的最有效方法。然而，由于净化和制冷的多重要求，它可能是能源和成本密集型的。

　　3. 哪种材料适合低温装置?

　　低温工厂需要能够承受极冷的材料，因为某些材料在达到某个阈值时会突然失去延展性。

　　几乎所有铝合金(7075-T6和7178-T6系列除外)、钛合金13V-11Cr-8Al或8Mn、铜和镍合金均可在-45°C下使用。

　　低合金、调质钢、铁素体镍钢、低碳马氏体钢可在-75℃下使用，具有足够的可靠性。

　　低碳、3.5% 镍钢以及许多铝、镍和钛合金适用于 -100°C 的温度。

　　镍含量在20-25%之间并添加了钴、钼、钛、铝和铌的奥氏体不锈钢和马氏体时效钢适用于-196°C以下的温度。在钢种中，只有高合金奥氏体不锈钢适合-196°C以下的温度。

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