制氧原理讲解

【导读】：空气中含氮气78%,氧气21%。由于空气是取之不尽的免费原料，因此工业制氧/制氮通常是将空气中的氧气和氮气分离出来。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。本专题将详细介绍制氧/制氮的工艺流程，主要工艺设备的工作原理等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。【制氧/是重要的冶金原料。A深冷空分制氮和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同（1-183°C,T96°C）,通过液空的精馅，使它们分离来荻得氮气。深冷空分（12/hPSA装置的投资规模要比深冷空分装置20%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，运用变压吸附原理，利用碳分子PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快（1530分钟）、能耗低，产品纯度可在较大围1000Nm3/h户的欢迎，PSAC膜空分制氮具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简（W3分钟）点，它特别适宜于氮气纯度W98%98%以上时，它与相同规格的PSA15%以上。取，对纯度要求一般不会太高。工业制氧工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。大致可分为以下几种方法（一）物理制氧1＞空气冷冻分离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同（T83°C,从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化（等杂质）纯氧（99.）和纯氮（99.的纯度）。如果增加1903法一直得到最广泛的应用。2、分子筛制氧法（吸附法）利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来。首先，用压缩机迫使干燥的空气通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，当吸附器氧气达到一定量（压力达到一定程度）时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐渐增多，吸附能力减弱，产出的氧气纯度下降，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，然后重复上述过程。这种制取氧的方法亦称吸附法。最近，利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来，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高水的电解度，然后通12—15电量（0.55—0.60千瓦小时）相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧乞混合，容易发生极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。（二）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，故价格非常便宜。但是，氧气的贮存（高压氧气用钢瓶、液氧要用特殊贮罐）、运输、使用不太方便。因此远离氧气厂的偏远山区运输困难，另外有些特殊环境如病人家中、高空飞行、水下航行的潜艇、潜水作业、矿井抢救等携带巨大笨重的钢瓶极为不便，小型钢瓶贮氧量小，使用时间短，因此就出现化学制氧法，在化合物中以无机过氧化物含氧量最多且易释放，目前化学制氧多采用过氧化物来制氧。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）采用在高温中把氧化顿氧化的方法，制取了过氧化锁。1810年法国化学家盖一吕萨克（Joseph—LouisGay—Lussac）和泰纳尔（Louis—JacquesThenard）1818年200年来，化学家们他化学试剂的时候，很容易析出氧气。常用的过氧化物有以下几种：1、液体过氧化物（液体产氧剂）一双氧水5°C,1.535%的双氧水，在pH值增加（）超过6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量杂质（属粉末或它们的盐类），（30%14.和成本较40%【制氧/制氮工艺流程】制氣/制氮糸统工艺况程及主要役备简图主換掘M住％泾绪机 术冷（氐九冷丿1亠氐九圧馆机至洗张也.九动闻著 1M［工艺流程］供氮方式的选择高纯氮源从氮气质量上来讲，均可满足用气要求，但在氮气成本上差异较大，用气量愈大，差异愈显著。企业选择何种供氮方式，应在充分了解各供气方式特点的基础上，根扌居本企业的产品、生产工艺、生产规模、用气设备类型、数量、资金状况、发展规划等综合考虑供氮方式和供氮规模。供氮方式的选择NdFeB生产线NdFeBPSAMnZn铁氧体生产线2.1真空气氛炉以真空气氛炉为烧结设备的，因真空气氛炉是间歇式作业，一般以24h为一生产周期，单台用气量不大，且非连续均衡用气而是相对集中，短时用气量较多，这类企业往往生产规模都不大，几乎全都采用瓶装氮乞，使用灵活、方便。虽然氮气单价在各种供氮方式中是最高的，但因总用气量有限，故经济上尚能承受。2氮窑以氮窑为烧结设备的，因氮窑是连续作业的设备，用气量较多，而且从趋势来看，各企业新置氮窑正向长窑和长双板窑方向发展，单台用气量 一般在3050Nm3/ho氮窑的烧结的工艺特点决定了供气的连续性氮气的高纯性氮量的匹配性和氮气纯度流量压力的稳定性和用氮气要低成本这是氮窑供气的即液氮和现场制氮。30Nm3/PSA制氮设备制氮为佳。因与使用液氮相比，30Nm3/h制氮机组年氮费可节省约2440万元左右，一年半左右可收回设备投资，PSA制氮机寿命可达10年，10年可省氮费200万元。（2）本较低（0.7元/m3以）。它与采用液氮相比，相同的用气量，每年节约的费PSA有文章〔299.99%以500Nm3/h以，PSA（加纯化）可以与深冷空分竞争。目前国磁性材料（MnZn铁氧体）PSA制氮（加纯化）。①深冷空分制氮。这类企业建立于90年代前，建立时就有相当规模，从经济200Nm3/h以下。设备能耗高，故障率高，要定期大修。进90年代中期，由于新的制氮技术——PSA②PSA制氮。PSA和设备配置：液氮贮罐是任何磁性材料企业现场制氮都必须配备的，它的作用是在设备正常维护（如空压机换油和空气净化设备的滤芯清洗或更换）时的短吋停机或设备偶发故障的停机维修时保证供气的连续性的备用措施。此工艺制取的高纯氮气1997PSAMnZn择优而廉者选之。工业用氮的技术指标工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。大致可分为以下几种方法（一）物理制氧1、空气冷冻分离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同（氧气沸点T83°C,从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化（等杂质）纯氧（99.）和纯氮（99.的纯度）。如果增加1903法一直得到最广泛的应用。2、分子筛制氧法（吸附法）首先，用压缩机迫使干燥的空气通过分子筛进入抽成真空的吸附器中，空气中（压力达到一定程度）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高水的电解度，然后通12—15电量(0.55—0.60千瓦小时)相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。另外同时产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，如与氧气混合，容易发生极其剧烈的爆炸。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。(二)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，故价格非常便宜。但是，氧气的贮存(高压氧气用钢瓶、液氧要用特殊贮罐)、运输、使用不太方便。因此远离氧气厂的偏远山区运输困难，另外有些特殊环境如病人家中、高空飞行、水下航行的潜艇、潜水作业、矿井抢救等携带巨大笨重的钢瓶极为不便，小型钢瓶贮氧量小，使用时间短，因此就出现化学制氧法，在化合物中以无机过氧化物含氧量最多且易释放，目前化学制氧多采用过氧化物来制氧。181798年德国自然科学家洪堡(AlexandervonHumboldt)采用在高温中把氧化锁氧化的方法，制取了过氧化锁。1810(Joseph—LouisGay—Lussac)和泰纳尔(Louis—JacquesThenard)1818年泰纳尔又用酸处理过氧化顿，再经蒸镭发现了过氧化氢。200年来，化学家们不断地研究，发现大量无机过氧化合物。的过氧化物有以下几种：1、液体过氧化物（液体产氧剂）一双氧水5°C,1.535%的双氧水，在pH值增加（）超过6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量杂质（属粉末或它们的盐类），剂。双氧水具有产氧量较大（30%的稀释液中，有效氧含量为14. 1%）都属于危险品。比如：在常压下，双氧水的蒸汽浓度达到40%以上时，温度过行燃烧。［工艺流程］压缩空气的用途以及原理行业和部门。一、压缩空气的定义特点；食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门。二、压缩空气的作用1、而在粉末状香料的生产中，压缩空气有着特别重要的意义，它又必须是干燥、清洁且几近无菌的。这是对压缩空气处理的一个特别的挑战。2、气动压缩机，切纸机，挖掘机等等一系列动力机械3、空调制冷和加热离不开它4、各种轮胎获得了弹性5、注射器应用6、压缩空气作为能量载体7簧和减振器的空气室中，以此来改变车辆的高度。8、压缩空气自动排水器9、多功能组合式压缩空气净化器10的制造技术。11＞系列仪器设备12、下水道简易通堵设备13压缩空气一般是作为一种动力源，应用很广。驱动气缸，产生直线运动；驱动气动马达，产生旋转运动；驱动射流元件，进行运算和控制。利用其携带某些物质，完成工作。例如喷砂清理；喷药；喷水清洗；喷漆。利用其可压缩特性，起缓冲，弾簧作用。气体弹簧；缓冲垫等。14 军事上的应用或抗电磁干扰。海上作用：打捞沉船用的浮囊、浮箱，浅潜用气瓶。螺杆空压机的工作原理一、螺杆式空气压缩机的概述螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，采用高效带轮（或轴器）最后得到洁净的压缩空气。方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。二、压缩机主机工作原理螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机，是容积式压缩机中的一种，空气的压缩是靠装置于机壳互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。转子副在与它精密配合的机壳转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧，完成吸入、压缩、排气三个工作过程。因此，双螺杆转子的型线技术决定着螺杆式空气压缩机产品定位的档次。（有关申行健的型线技术参见主页“取螺杆空压机核心技术”栏目）。三、双螺杆空压机的工作流程空气通过进乞过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机份的油介质被分离下来，然后进入油气精分离器进行二次分离，得到含油量很［工艺流程］工业冷水机组的冷却原理工业冷水机组系统的运作是通过三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、水循环系统、电器自控系统。环系统、电器自控系统。制冷剂循环系统：蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加），气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体。通过膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。水循环系统：水泵负责将水从水箱抽出泵到用户需冷却的设备，冷冻水将热量带走后温度升高，再回到冷冻水箱中。电器自控系统：包括电源部分和自动控制部分。电源部分是通过接触器，对压缩机、风扇、水泵等供应电源。自动控制部分包括温控器、压力保护、延时器、继电器、过载保护等相互组合达到根据水温自动启停，保护等功能。【制氧/制氮主要工艺设备介绍】［制氧/制氨设备］空气过滤器空气过滤器是指空气过滤装置，一般用于洁净车间，洁净厂房，实验室及洁净手术室。空气过滤器根据其工作原理可以分为初效过滤器，中效过滤器，高效过滤器及♘高效等型号。空气过滤器是指空气过滤装置，一般用于洁净车间，洁净厂房，实验室及洁净手术室。及♘高效等型号。高效空气过滤器：域。030.1Um＞99999%各种非标过滤器和♘高效过滤器（95%W效率^99.90%）oV型密褶式过滤器DC、DZ型粗中效袋式过滤器采用初、中效无纺布做滤料，冷板喷塑做框架，作为一、二级过滤，该F5F6F7F8O［制氧/制氨设备］空分设备空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精镭而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氫气等惰性气体的设备。目前我国生产的空分设备的形式、种类繁多。有生产气态氧、氮的装置，也有生产液态氧、氮的装置。但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程。［制氧/制氮设备］空分设备空分设备就是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精饴而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氫气等惰性气体的设备。目前我国生产的空分设备的形式、种类繁多。有生产气态氧、氮的装置,也有生产液态氧、氮的装置。但就基本流程而言，主要有四种，即高压、中压、高低压和全低压流程。我国空分设备的生产规模已经从早期只能生产20m3/h（氧）20000m3/h30000m3/h50000m3/h（氧）的特大型空分设备的能力。1.2空分设备的基本系统：空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统：杂质的净化系统：主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置，净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙烘等。阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。空气精镭系统：主要部件为精饴塔（上塔、下塔）器、液空和液氮节流阀。起到将空气中各种组分分离的作用加温吹除系统：用加温吹除的方法使净化系统再生。仪表控制系统：通过各种仪表对整个工艺进行控制。［制氧/制氨设备］冷水机组风冷式冷水机组。由于空气压缩会产生热量，在对压缩空气进行进一步处理的前，需要通过冷水机组对压缩空气降温。冷水机组种类：1、涣化锂冷水机组：A、直燃型吸收式冷（温）水机组B蒸汽型吸收式冷水机组C、温水型吸收式冷水机组2、水冷式冷水机组：A、离心式冷水机组B、螺杆式冷水机且C、螺杆式水--水热泵机组D、活塞式冷水机组3、风冷式冷水机组：A、活塞式冷水机组B、螺杆式冷水机组说明：风冷式——表示冷凝器的冷凝方式为风扇吹冷的。活塞式——压缩机为活塞式螺杆式——压缩机为螺杆式［制氧/制氨设备］空气冷却器凝。69兆帕。但耗电量、噪苣和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。空气冷幺卩器aircooIedheatexchanger油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷69兆帕。但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。结构 空气冷却器主要由管束、通风机和构架3部分组成（图1）o管束包括传热管、管箱、侧梁和横梁等。它可按卧式、立式和斜顶式（人字式）3种基本形式布置（2）o38122538毫米，翅12151003000毫米。翅片管是空气冷却器（3）有：绕片式、镶片式、轧片式、套（包括轮辐式、开槽形和波纹形等）。管箱（4）两者用于高压。为适应管束的热膨胀，一端管箱不固定，容许沿管长方向位移。通风机通常采用轴流通风机。是发展的方向。热流体出口温度主要靠调节通过管束的风量来控制，即调节吋发展采用空气冷却器可节省大量工业用水，减少污染，保护环境，降低基建费用。为扩大空气冷却器的使用围，2060年代出现了增湿式空气冷却器，即在管束前增加喷水装置，利用少量雾化水在翅片表面的蒸发作用显著地强化传热，其传热效能较干式提高2 4倍。增湿式空气冷却器已在炼油厂得广泛应用。干式空冷管束和湿式空冷管束亦可组成联合型空气冷却器。研制低接触热阻和高传热效能的翅片管、低电耗、低噪声的通风机是空气冷却器发展的关键。［制氧/制氨设备］空气压缩机空气压缩机是气源装置中的主体，它是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机，（螺杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩机），离心式压缩机以及滑片式空气压缩机，涡旋式空气压缩机.［制氧/制氮设备］空气压缩机空气压缩机的分类（通常是电动机成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，往复式压缩机，离心式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为乞体的压力能，从而提高压缩空气（也称活塞式压缩机）体达到一定压力后排出.现在常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机，螺杆式空气压缩机，（螺杆空气压缩机又分为双螺杆空气压缩机和单螺杆空气压缩机），离心式压缩机以及滑片式空气压缩机，涡旋式空气压缩机.活塞式空气压缩机的工作原理3.33（动画）3.）分别给出了立式、卧式空气压缩机的工作原理图。立式空气压缩机的气缸中心线与地（电动机或燃机空气压缩机的选择空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.7~1.0MPa）、中压（1.0~10MPa）、高压（10~100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。常见使用压力一般为0.7-1.25［制氧/制氨设备］分子筛大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的比孔道直径小的分子吸附到孔穴的部中来，而把比孔道大得分子排斥在外，因程度不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，这些微小的孔穴直径大小均匀，能把比孔道直径小的分子吸附到孔穴的部中来，而把比孔道大得分子排斥在外，因而能把形状直径大小不同的分子，极性程度不同的分子，沸点不同的分子，饱和程度不同的分子分离开来,即具有“筛分”分子的作用，故称为分子筛。目前分子筛在冶金，化工,电子，石油化工，天然气等工业中广泛使用。气体行业常用的分子筛型号；A型：钾A(3A),钠A(4A),钙A(5A),X型：钙X(10X),钠XCI3X)YY,钙Y8-12°C下工作，在加温至350°C下冲气再生。［制氧/制氨设备］精馅塔〉精饴塔是进行精馅的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馅塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精镭塔与间歇精馅塔。［制氧/制氮设备］精馅塔fractionatingcoIumn蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发（低沸点）组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发（高沸点组分不斷地［制氧/制氨设备］膨胀机利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。透平膨胀机与活塞膨胀机相比，具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点，适用于大中型深低温设备。［制氧/制氮设备］膨胀机expander利用压缩气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得冷量的机械。膨胀机常用于深低温设备中。膨胀机按运动形式和结构分为活塞膨胀机和透平膨胀机两类。活塞膨胀机主要适用于高压力比和小流量的中小型高、中压深低温设备。透平膨胀机与活塞膨胀机相比，具有流量大、结构简单、体积小、效率高和运转周期长等特点，适用于大中型深低温设备。活塞膨胀机使气体在可变容积中膨胀，输出外功制冷的膨胀机（通常由电动机制动吸收外功）。这种膨胀机分立式和卧式两种。采用较多的是立式结构，曲轴、连杆、十字头、活塞、进气阀和排气阀等是运动件，分别装在机身、气缸和中间座中，其作用近似于往复活塞压缩机，但其进、排气阀系借进、排气凸轮定时启闭。活塞膨胀机由于存在进、排气阀流动阻力、不完全膨胀、摩擦热、外热与部热交换等引起的冷量损失，一般绝热效率为：高压膨胀机65 中压膨胀机60 。20世纪50年代相继出现的不用凸轮传动机构的无阀和单膨胀机，减少了膨胀机的运动件，提高了机器运转可靠性，已在小型深低温设备上得到广泛的应用。60年代，采用加填充剂的聚四氟乙烯密封元件代替用油润滑的金属制密封元件，避免润滑油带入深低温精镭区或液化区，保证了安全。透平膨胀机气量用的（可调叶片透平膨胀机由于有喷嘴损失叶轮损失余速损失、轮盘摩擦损失、泄漏损失/