工业制氧原理及流程

空气中含78%，氧气21%。 由于空气是取之不尽的免费原料，因此工业制氧1制氮通常是将空气中的氧气和分离出来。制氧氧气用来炼钢;用来搅拌钢水，氧气和均是重要的冶金原料。本专题将详细介绍制氧1制氮的工艺流程，主要工艺设备的工作原理等信息。
制氧1制氮目的] :制氧氧气用来炼钢;用来搅拌钢水，氧气和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,将其中的氧和氮分离而获得。工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法PSA和膜空分法。
工业制氧大致可分为以下几种方法
(-物理制氧
1、空气冷冻分离法
空气中的主要成分是氧气和。利用氧气和的沸点不同(氧气沸点为-183°C,沸点为-196C)，从空气中制备氧气称空气分离法。把空气预冷、净化(去除空气中的少量水
分、二氧化碳、、碳氢化合物等气体和灰尘等杂质)、 然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，利用氧和氮的沸点的不同，在精馏塔中把液态空气多次蒸发和冷凝，将氧气和分离开来，得到纯氧(可以达到99. 6的纯度)和纯氮(可以达到99. 9%的纯度)。 如果增加一些附加装置，还可以提取出氩、 氖、氦、氪、氙等在空气中含里较少的稀有惰性气体。
由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，后将压缩氧气装入高压钢瓶贮存，或通过管道直接输送到工厂、车间使用。使用这种方法生产氧气，虽然需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产里高，每小时可以产出数干、万立方米的氧气，而且所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，所以从1903年研制出*-台深冷空分制氧机以来，这种制氧方法一直得到广泛的应用。
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。，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，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到量(压力达到程度)时，即可打开出氧阀门放出氧气。经过一段时间，分子筛吸附的氮逐斩增多，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。
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，加入或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方米氧要耗电12- - 15千瓦小时，与上述两种方法的耗电里(0.5-0.60千瓦小时)相比，是很不经济的。所以，电解法不适用于大里制氧。另外同时产生的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，容易发生较其剧烈的。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。
白化学制氧
工业和气均购自制氧厂。工厂制氧的原料是空气，故价格便宜。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较为不便，小型钢瓶贮氧里小，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里多且易释放，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(Alexandervon
Hmboldt)采用在高温中把氧化钡氧化的方法，制取了。
1810年法国化学家盖-吕萨克Jose ph- Louis Gay~ Lussac)和泰纳尔(Louis - Jacques The nar作制取了和。
1818年泰纳尔又用酸处理，再经蒸馏发现了。200年来， 化学家们不断地研究，发现大里无机过氧化合物。这些过氧化物，在遇热或遇水或遇其他化学试剂的时候，很容易析出氧气。常用的过氧化物有以下几种:
液体过氧化物(液体产氧剂)-的化学名称是(H202)，为无色透明液体，有微弱的特殊臭氧味，是很不稳定的物质，在遇热、遇碱、混入杂质等许多情况下都会加速分解。温度每升高5C,它的分解速度就要增加1.5倍。即便是稀释后浓度为38的，在pH值增加(例如贮存在含碱玻璃瓶里)过6个小时就要发生急剧分解。中混入少里杂质(如铁、铜、黄铜、青铜、铅、 银、铬、锰等金属粉末或它们的盐类)， 即便在室温下，同样要引起急剧的分解，产生氧气。
是过氧化物中基本的物质，也是各国科学家早认识的化学产氧剂。具有产氧里较大(30 %的稀释液中，有效氧含里为14 1%) 和成本较低的好处。但是，是强腐蚀剂,稍稍不慎便会造成人身伤害，而且在许多情况下还可引起或燃烧，无论在使用或
贮存、运输中都属于。比如:在常压下，的蒸汽浓度达到40%^上时，温度过高即有
危险。与**物混合，能生成敏感和强烈的。与醇类、甘油等**物混合，就形成较危险的性混合物。是强烈氧化剂，对**物、对纺织物和纸张有腐蚀性，与大多数可燃物接触都能自行燃烧。
[制氧/制氮工艺流程]
[工艺流程]供氮方式的选择
高纯氮源从质里上来讲，均可满足用 气要求，但在成本上差异较大，用气里愈大，差异愈显着。
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，根据本企业的产品、生产工艺、生产规模、用气设备类型、数里、资金状况、发展规划等综合考虑供氮方式和供氦规模。
1 NdFe进产线
NFeB生产线主要用氮设备为“气流磨”，根据生产规模来决定“气流磨”的类型和数里，用童就依此而定了下来，目前国内生产企业除较少数生产规模很小，而采用瓶装氮外，其他各企业有的采用，有的采用PSA现场制氮。
2 MonZ铁氧体生产线
真空气氛炉以真空气氛炉为烧结设备的，因真空气氛气氛炉是间歇式作业，一般以24为一生产周期，单台用气里不大，且非连续均衡用气而是相对集中，短时内用气里较多，这类企
企业往生产规模都不大，几乎全都采用瓶装，使用灵活、方便。
蛋燃单价在各种供氮方式中是高的，但因总用气重有限，故经济上尚能承受。
氮窑以氮窑为烧结设备的，因氛宝是连续作业的设备，用气里较多，而且从趋势来看，各企业新置氮窑正向长室和长双板窑方向发展，单台用气里一般在30~w氮到的烧绪的工艺特点决定了供气的连续性，有咖处用瓶装气已不适宜。目前国内企业采用的供氮方式主要有两种，即和现场制氮。
()。使用者，在企业建立之时，一般生产规模都不大; 通常只有一两条宝，虽然知道现场制的，但由于资金或是考虑到以后的发展等原因，大都决定是先采用濠
氮，以后视企业情况而定。一旦企业扩能或资金情况允许，从降低生产成本著眼，大都会改
用现场制氮方式，但企业著资金允许而近两年内又无扩能计划，笔者认为单台宝用气量过30m3h还是自购PSA制氮设备制氮为佳。
因与使用相比，30H/h制氮机组年氮费可节省约24元，设备总投入在40万元左右，一年半左右可收回设备投资，PSA制氮机寿命可达10年，10年内可省氮费200万元。
虽然一次性投资较大，但运行成本较低(元/的3以内)。
(2)现场制氮。自购设备现场制取高纯氮，虽然-次性投资较大，但运行成本较低(元/m3以内) 。0. 7它与采用相比，相同的用气里，每年节约的费用可在-年半以内收回设备全部投资。现场制氮的三种技术一一深冷空 分制氮、PSA 制氮和膜分离制氮各有特点，且在不同产氮里及纯度范围各有优势，已有文章( 2)专i ]对三者进行了投资价值分析，结论是纯度为以 上，产氮里在500Xy/h以内，PSA制氮(加纯化)可以与深冷空分竞争。
目前国内磁性材料(MmnZn铁氧体)生产企业采用现场制氮又有两种方式即深冷空分制氮和
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，从经济角度来看不
宜采用，而当时深冷空分制氮又是国内唯-的工业化制氮技术，加之资金条件能允许，故采用了深冷空分制氮。限于当时的生产规模,制氮设备的产氮里均在2001mn3/h以下。设备能耗高，故障，要定期大修。进入90年代中期，由于新的制氮技术- -一 PSA 制氮在国内迅速发展和推广应用，它显示了许多特的优点，故愈来愈受到中小型用户的欢迎。
②PSA制氮。PSA制氮和纯化相组合制取高纯氮采用的是下面的工艺流程和设备配置:常维护(如空压机换油和空气氮都配备的，
它的作用是在设备正供气的连续性的备用措施。此工贮提是任何磁性彬料企业现场制
停机或设备偶发故障的停机维修时保证净化设备的滤芯青洗或换时的短时艺制取的高纯质重点。

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