一、常用工業(yè)氣體生產(chǎn)流程
1、氧氣
工業(yè)氧氣的生產(chǎn)方法主要有空氣液化分離精餾法(簡稱空分法)、水電解法和變壓吸附法等。
空分法生產(chǎn)氧氣的工藝流程大體是:吸收空氣→二氧化碳吸收塔→壓縮機(jī)→冷卻器→干燥器→冷凍機(jī)→液化分離器→油分離器→氣體儲槽→氧氣壓縮機(jī)→氣體充裝。其基本原理是將空氣液化后,利用空氣中各組份沸點(diǎn)的不同在液化分離器進(jìn)行分離精餾,制取氧氣。大型制氧機(jī)組的研究開發(fā)投用,使得制氧能耗不斷降低,并易于同時(shí)生產(chǎn)多種空分產(chǎn)品(如氮?dú)?、氬氣及其它惰性氣體等)。為了便于儲存和運(yùn)輸,經(jīng)液化分離器分離后的液氧,用泵輸入低溫液體儲槽,再經(jīng)槽車運(yùn)至各深冷液化永久氣體充裝站。液氮、液氬也采用此法儲存、運(yùn)輸。
2、氮?dú)?/strong>
工業(yè)氮?dú)獾闹饕a(chǎn)方法有空分法、變壓吸附法、膜分離法和燃燒法等??辗址ㄖ迫〉牡?dú)饧兌雀?,能耗低。變壓吸附法制氮技術(shù)是采用5A碳分子篩對空氣中的組份進(jìn)行選擇性吸附,將氧、氮分離制取氮?dú)猓獨(dú)猱a(chǎn)品壓力高、能耗低,產(chǎn)品純度能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求:工業(yè)氮≥98.5%,純氮≥99.95%。
3、氬氣
氬氣是大氣中含量最多的惰性氣體,其制取方法主要有空分法。在制氧工藝中,將沸點(diǎn)為-185.9℃左右的餾分從液化分離器中分出即得液氬。
4、二氧化碳
二氧化碳的制取方法主要有:生產(chǎn)石灰副產(chǎn)二氧化碳,釀酒發(fā)酵過程副產(chǎn)二氧化碳,重油、焦炭等燃燒產(chǎn)生二氧化碳,合成氨工業(yè)副產(chǎn)品二氧化碳等。目前,合成氨工業(yè)的原料大都為燃?xì)?、煉廠氣、焦?fàn)t氣和煤,其主要成份都是由不同氫碳比的烴類和元素碳構(gòu)成,在高溫下與水蒸汽作用生成以氫氣和一氧化碳為主體的合成氣,一氧化碳經(jīng)變換成為二氧化碳。二氧化碳的提純方法有:吸收法、變壓吸附法、吸附精餾法和膜分離法。
5、氨氣
工業(yè)氣體氨的制取方法主要采用直接合成法。合成氨工藝流程是:在水煤氣發(fā)生爐中往紅熱的焦炭上吹入空氣和水蒸氣,先得到氮?dú)狻錃饣旌蠚怏w,然后用洗滌熱交換、凝縮二氧化碳和吸收二氧化碳等生產(chǎn)工序制備原料氣體。精制的混合氣體經(jīng)過過濾器、冷卻器、氨分離器以及加熱器送至合成反應(yīng)器經(jīng)分離器分離出液氨。
6、氯氣
工業(yè)上用的氯氣主要制取方法是電解飽和食鹽水。純度較高的氯氣由電解熔融氯化物制備活潑金屬時(shí)取得。利用空氣或氧氣可催化有機(jī)合成工業(yè)的副產(chǎn)品氯化氫,使之氧化而轉(zhuǎn)化為氯氣。
7、乙炔氣
乙炔的制取方法主要有電石水解法、甲烷或烴類的高溫燃燒裂解法和等離子體裂解法。電石水解法工藝流程短,產(chǎn)品純度高,但能耗較大。大多數(shù)溶解乙炔生產(chǎn)采用此法。根據(jù)乙炔的溶解特性,將乙炔氣壓縮充入溶劑中,并被儲存在充滿多孔填料的鋼瓶內(nèi)。溶解乙炔生產(chǎn)充裝工藝流程是:粗乙炔氣發(fā)生后經(jīng)過化學(xué)凈化,去除硫、磷等雜質(zhì),再經(jīng)壓縮和干燥,充裝進(jìn)入溶解乙炔氣瓶內(nèi)。
8、氫氣
工業(yè)氫氣的生產(chǎn)方法主要有:礦物燃燒轉(zhuǎn)化制氫、水電解制氫、通過半水煤氣法制得氫。水電解制氫方法技術(shù)可靠、操作簡單、維護(hù)方便、不產(chǎn)生污染、制氫純度高,唯其電能消耗大,成本較高,生產(chǎn)發(fā)展受一定制約,主要供應(yīng)氫氣純度要求高且用量不太大的用戶使用。但隨著新技術(shù)的應(yīng)用,促進(jìn)了水電解技術(shù)的改進(jìn),使水電解制氫技術(shù)的成本不斷降低,電耗不斷下降,有望成為“清潔能源”的最主要生產(chǎn)方法。目前,正在研究開發(fā)的制氫方法有:電化學(xué)分解水制取氫氣,光催化作用制取氫氣等。
二、空氣分離的三種方法
空氣分離3種技術(shù)方法是吸附法、膜分離法及低溫法。目前工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的就是低溫空氣分離技術(shù)。
1、吸附法
利用分子篩對不同分子的選擇吸附性能來達(dá)到最終分離目的,該技術(shù)流程簡單,操作方便,運(yùn)行成本低,但獲得高純度產(chǎn)品較為困難,而且裝置容量有限,所以該技術(shù)有其局限的應(yīng)用范圍。
2、膜分離法
利用膜滲透技術(shù),利用氧、氮通過膜的速率的不同,實(shí)現(xiàn)兩種組分的粗分離。這種方法裝置更為簡單,操作方便,投資小但產(chǎn)品只能達(dá)到28% --35%的富氧空氣,且規(guī)模只宜中小型化,只適用于富氧燃燒及醫(yī)療保健領(lǐng)域應(yīng)用。
3、低溫法
利用空氣中各組分沸點(diǎn)的不同,通過一系列的工藝過程,將空氣液化,并通過精餾來達(dá)到不同組分分離的方法。這種方法較前兩種方法可實(shí)現(xiàn)空氣組分的全分離、產(chǎn)品精純化、裝置大型化、狀態(tài)雙元化(液態(tài)及氣態(tài)),故在生產(chǎn)裝置工業(yè)化方面占據(jù)主導(dǎo)地位。和傳統(tǒng)的分離相比,這些氣體的分離需在100K以下的低溫環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn),所以稱之為低溫法(或深冷法)。