工业制氧原理及流程

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1、工业制氧原理及流程空气中含氮气 78% ，氧气 21% 。因为空气是取之不尽的免费原料，所以工 业制氧 /制氮往常是将空气中的氧气和氮气分别出来。制氧氧气用来炼钢；氮气 用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。本专题将详尽介绍制氧 /制氮的 工艺流程，主要工艺设施的工作原理等信息。【制氧 /制氮目的】：制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原 料。【制氮原理简介】：以空气为原料，利用物理的方法 ,将此中的氧和氮分别而获取。工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法（PSA）和膜空分法。A：深冷空分制氮深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气 为原

2、料，经过压缩、净化，再利用热互换使空气液化成为液空。液空主假如液 氧和液氮的混淆物，利用液氧和液氮的沸点不一样 （在 1大气压下，前者的沸点为 -183 C，后者的为-196C）,经过液空的精馏，使它们分别来获取氮气。深冷空分制氮设施复杂、占地面积大，基建花费较高，设施一次性投资许多，运行成本较高，产气慢（lA24h ），安装要求高、周期较长。综合设施、安装及基建诸要素，3500Nm3 h 以下的设施，相同规格的 PSA 装置的投资规模要比深冷空分装置低20%50%。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就 显得不经济。B：分子筛空分制氮以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变

3、压吸附原理，利用碳分子 筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分其余方法，通称 PSA 制氮。此法是七十年月快速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法对比，它拥有工艺流程简单、自动化程度高、产气快（15-30分钟）能耗低，产品纯度可在较大范围内 依据用户需要进行调理，操作保护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特色， 故在 1000Nm3 h 以下制氮设施中颇具竞争力，愈来愈获取中、小型氮气用户 的欢迎， PSA 制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。C：膜空分制氮以空气为原料，在必定压力条件下，利用氧和氮等不一样性质的气体在膜中 拥有不一样的浸透速率来使氧和氮分别。和其余制氮设施对比它拥有构造更

4、加简 单、体积更小、无切换阀门、保护量更少、产气更快（W3分钟）增容方便等优点，它特别适合于氮气纯度 W98 %的中、小型氮气用户，有最正确功能价钱比。而 氮气纯度在 98% 以上时，它与相同规格的 PSA 制氮机对比价钱要超出 15% 以上【制氧原理简介】：工业制氧是指制造大批氧气，着重成本，讲究大批制取，对纯度要求一般 不会太高。工业制氧大概可分为以下几种方法物理制氧1 、空气冷冻分别法空气中的主要成分是氧气和氮气。利用氧气和氮气的沸点不一样（氧气沸点为-183C，氮气沸点为-196C ），从空气中制备氧气称空气分别法。第一把空气 预冷、净化 （去除空气中的少许水分、二氧化碳、乙炔、碳氢化

5、合物等气体和尘 埃等杂质 ）、而后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。而后，利用氧和氮的沸 点的不一样，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和氮气分别开来， 获取纯氧 （能够达到9 9 6%的纯度 ）和纯氮 （能够达到99 9的纯度 ）。假如增添一些附带装置，还能够提拿出氩、氖、氦、 氪、氙等在空气中含量极少的罕有惰性气体。由空气分别装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后将压缩氧气装入高 压钢瓶储存，或经过管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气， 固然需要大型的成套设施和严格的安全操作技术，但是产量高，每小时能够产 出数干、万立方米的氧气，并且所耗用的原料只是是不用买、不用运、

6、不 用库房储藏的空气，所以从 1903 年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制 氧方法向来获取最宽泛的应用。2、分子筛制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特征，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出 来。第一，用压缩机迫使干燥的空气经过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空 气中的氮分子即被分子筛所吸附，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到必 定量（压力达到必定程度）时，即可翻开出氧阀门放出氧气。经过一段时间， 分子筛吸附的氮渐渐增加，吸附能力减弱，产出的氧气纯度降落，需要用真空 泵抽出吸附在分子筛上边的氮，而后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸 附法。近来，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来

7、，便于家庭使用。3、电解制氧法把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提升水的电解度，而后通 入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获取两立方米 氢。用电解法制取一立方米氧要耗电 1215 千瓦小时，与上述两种方法的耗电量 （055060 千瓦小时）对比，是很不经济的。所以，电解法不合用于大批制 氧。此外同时产生的氢气假如没有妥当的方法采集，在空气中齐集起来，如与 氧气混淆，简单发生极其激烈的爆炸。所以，电解法也不合用家庭制氧的方法。化学制氧工业和医用氧气均购自制氧厂。工厂制氧的原料是空气，故价钱特别廉 价。但是，氧气的储存（高压氧气用钢瓶、液氧要用特别贮罐）、运输、使用 不

8、太方便。所以远离氧气厂的偏僻山区运输困难，此外有些特别环境如病人家 中、高空飞翔、水下航行的潜艇、潜水作业、矿井急救等携带巨大粗笨的钢瓶 极为不便，小型钢瓶贮氧量小，使用时间短，所以就出现化学制氧法，在化合 物中以无机过氧化物含氧量最多且易开释，目前化学制氧多采纳过氧化物来制对无机过氧化合物的科学研究开始于 18世纪。 1798年德国自然科学家洪堡（AlexandervonHumboldt）采纳在高温中把氧化钡氧化的方法，制取了过氧化钡。 1810年法国化学家盖一吕萨克（Joseph-Louis Gay-Lussac）和泰纳尔（Loui Jacques Thenard）合作制取了过氧化钠和过氧

9、化钾。18年泰纳尔又用酸办理过氧 化钡，再经蒸馏发现了过氧化氢。 200年来，化学家们不停地研究，发现大批无 机过氧化合物。这些过氧化物，在遇热或遇水或遇其余化学试剂的时候，很容 易析出氧气。常用的过氧化物有以下几种：液体过氧化物（液体产氧剂） -双氧水双氧水的化学名称是过氧化氢（H202）,为无色透明液体，有轻微的特别臭 氧味，是很不稳固的物质，在遇热、遇碱、混入杂质等很多状况下都会加快分解。 温度每高升5C,它的分解速度就要增添15倍。即即是稀释后浓度为 35的双氧水，在 pH 值增添 （比如储存在 含碱玻璃瓶里 ）超出 6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少许杂质（如铁、 铜、黄铜、青

10、铜、铅、银、铬、锰等金属粉末或它们的盐类），即使在室温下， 相同要惹起急剧的分解，产生氧气。双氧水是过氧化物中最基本的物 质，也是各国科学家最早认识的化学产氧剂。双氧水拥有产氧量较大 （30的稀释 液中，有效氧含量为141）和成本较低的利处。但是，双氧水是强腐化剂，稍略不慎便会造 成人身损害，并且在很多状况下还可惹起爆炸或焚烧，不论在使用或储存、运 输中都属于危险品。比方：在常压下，双氧水的蒸汽浓度达到 40% 以上时，温度过高即有爆炸危险。双氧水与有机物混淆，能生成敏感和激烈的高效炸药。双氧水与醇类、甘油等有 机物混淆，就形成极危险的爆炸性混淆物。双氧水是激烈氧化剂，对有机物、特 别对纺织物

11、和纸张有腐化性，与大部分可燃物接触都能自行焚烧。【制氧 /制氮工艺流程】工艺流程 供氮方式的选择高纯氮源从氮气质量上来讲，均可知足用气要求，但在氮气成本上差别较 大，用肚量愈大，差别愈明显。公司选择何种供氮方式，应在充足认识各供气 方式特色的基础上，依据本公司的产品、生产工艺、生产规模、用气设施种类、 数目、资本状况、发展规划等综合考虑供氮方式和供氮规模。1 NdFeB 生产线NdFeB 生产线主要用氮设施为 “气流磨 ”，依据生产规模来决定 “气流磨 ” 的种类和数目，氮气用量就依此而定了下来，目前国内生产公司除极少量生产规模 很小，而采纳瓶装氮外，其余各公司有的采纳液氮，有的采纳 PSA

12、现场制氮。2 MnZn 铁氧体生产线2.1真空氛围炉以真空氛围炉为烧结设施的，因真空氛围炉是间歇式作业，一般以 24h 为一世 产周期，单台用肚量不大，且非连续平衡用气而是相对集中，短时内用气 量许多，这种公司常常生产规模都不大，几乎全都采纳瓶装氮气，使用灵巧、 方便。固然氮气单价在各样供氮方式中是最高的，但因总用肚量有限，故经济 上尚能蒙受。2.2氮窑以氮窑为烧结设施的，因氮窑是连续作业的设施，用肚量许多，并且从趋 向来看，各公司新置氮窑正向长窑和长双板窑方向发展，单台用肚量一般在 3050Nm3 /h。氮窑的烧结的工艺特色决定了供气的连续性，氮气的高纯性， 氮量的般配性和氮气纯度、流量、压

13、力的稳固性和用氮气要低成本，这是氮窑供气的基本要求，明显使用瓶装氮气已不适合。目前国内公司采纳的供氮方式 主要有两种，即液氮和现场制氮。 液氮。使用液氮者，在公司成立之时，一般生产规模都不大，往常只有 一两条窑，固然知道现场制氮的成本最低，但因为资本或是考虑到此后的发展等 原由，多半决定是先采纳液氮，此后视公司状况而定。一旦公司扩能或资本状况 同意，从降低生产成本着眼，多半会改用现场制氮方式，但公司若资本允许而近两年内又无扩能计划，笔者以为单台窑用肚量超出30Nm3 /h，仍是自购 PSA制氮设施制氮为佳。因与使用液氮对比，30Nm3 / h制氮机组年氮费可节俭 约 24万元，设施总投入在 4

14、0万元左右，一年半左右可回收设施投资， PSA 制氮 机寿命可达 10年， 10年内可省氮费 200万元。现场制氮。自购设施现场制取高纯氮，固然一次性投资较大，但运行成 本较低（0. 7元/ m3之内）。它与采纳液氮对比，相同的用肚量，每年节俭的花 费可在一年半之内回收设施所有投资。现场制氮的三种技术 深冷空分制氮、 PSA 制氮和膜分别制氮各有特色，且在不一样产氮量及氮气纯度范围各有优势， 已有文章 2特意对三者进行了投资价值剖析，结论是氮气纯度为99 . 99%以上，产氮量在500Nm3 /h之内，PSA制氮（加纯化）能够与深 冷空分竞争。目前国内磁性资料（ MnZn 铁氧体）生产公司采纳

15、现场制氮又有两种方式即 深冷空分制氮和 PSA 制氮（加纯化）。 深冷空分制氮。这种公司成立于90年月前，成即刻就有相当规模，从经 济角度来看不宜采纳液氮，而当时深冷空分制氮又是国内独一的工业化制氮技术， 加之资本条件能同意，故采纳了深冷空分制氮。限于当时的生产规模，制氮设施 的产氮量均在200Nm3 /h以下。设施能耗高，故障率高，要按期大修。进入90 年月中期，因为新的制氮技术 PSA制氮在国内快速发展和推行应用，它显示 了很多独到的长处，故愈来愈遇到中小型氮气用户的欢迎。 PSA制氮。PSA制氮和氮气纯化相组合制取高纯氮采纳的是下边的工 艺流程和设施配置：液氮贮罐是任何磁性资料公司现场制

16、氮都一定装备的，它的作用是在设施 正常保护（如空压机换油和空气净化设施的滤芯冲洗或改换）时的短时停机或 设施偶发故障的停机维修时保证供气的连续性的备用举措。此工艺制取的高纯 氮气质量完整可与液氮对比。装备了液氮贮罐，用户已无供气的后顾之忧，实 践也充足证了然这点。江阴市长江气体分别设施有限公司自 1997 年以来已有四套 PSA 高纯制氮机组向来在浙江、江西、山东等四家 MnZn 铁氧体生产公司使用，设 施运行优秀，技术成熟，质量稳固，完整可知足高档磁芯的生产要求； 这四家公司中原有三家是使用液氮，一家是使用深冷空分，因故障频发，难以 修复，而改用了长江制氮设施都获得了明显的效益。公司一旦决定采纳现场制氮，应明确技术要求，对