深冷制氧工艺

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1、深冷制氧工艺介绍一、 概述：氧是自然界中分布最广的气体。常温、常压下为无色、透明、无嗅无味气体。其它化学性质十分活跃，极易和各种不同物质生成化合物。氧气本身不燃烧、但具有强烈的助燃性，被广泛地支用在转炉、炼钢和高炉熔炼中。氧气顶吹转炉炼钢速度快、产量高、品种多、质量好。因而氧气在国民经济发展中有着举足轻重的作用。工业深冷制氧，我国走过了50 年历程。我国由1953 年哈尔滨第一机械厂（哈尔滨制氧机厂的前身）首次生产两套30 立方米 /h 制样机，发展到今天的 5000 立方米 /h 制氧机。我们德龙公司现有大型全低压制氧机三台套。（ 1500 立方米 /h 、 3200立方米 /h 、6000

2、 立方米 /h ）总装机容量达到10700 立方米 /h ，基本能满足公司钢铁生产对氧气和氮气的需求。二、 几个概念：1、 空气分离设备：（简称空分设备）指空分装置及其附属设备的统称。 指空气压缩系统、 空气净化系统、换热系统、膨胀制冷系统、精馏系统、再生加热系统和产品压缩输送系统。2、 深冷制氧（即深度冷冻法制氧）深冷制氧指 -1000 度以下的低温 。将空气分离成氧和氮， 是一个相当复杂的过程。 要想把处于气态下的空气分离， 实际上是相当困难。因为氧氮分子均匀混合再一起的，而将液态空气分离就容易得多。这是由于组成液态空气的液氧和液氮在同一压力下具有不同的沸点。（大气压力下，氧的沸点为-18

3、3 度，氮的沸点为 -196 度 ，即同一压力下，氧氮的沸点有13 度的温度差）因此可以首先将空气液化，然后将其逐渐蒸发。那麽，沸点低的组份首先蒸发成气体，沸点高的组份仍为液体，如此反复进行，则液体中氧浓度提高，气体中氮浓度提高，从而将氧氮分离。这种方法，需将空气压缩，然后冷却到非常低的温度（-173 度）将其液化，然后将氧氮分离，这种制取氧气的方法叫做深冷制氧法，通常所指的深冷制氧。3、 精馏塔：用于将空气精馏分离的设备称之为精馏塔。 （空分塔）它包括下塔、上塔和主冷凝蒸发器。4、精馏：在精馏塔中，将处于饱和状态的氧氮混合体，穿过比它温度较低的氧氮混合体时，气相中的高沸点组分（即难蒸发的组分

4、氧气）要部分冷凝为液体， 释放冷凝潜热， 与此同时， 液相中的低沸点组分 （即易蒸发的氮气）吸收热量而蒸发，这样多次的部分冷凝和部分蒸发，越往上部，气相中氮组分越浓，越往下部，液相中氧组分越浓。这样多次部分精馏和部分蒸发的过程，我们称之为精馏。精馏的实质是气、液两种流体热量和质量的交换。5、 保冷箱 ：用于将深冷设备和大气绝热隔离的箱体。内充填膨胀珍珠岩粉 （即通常称珠光砂）以防止上部冷量的泄露造成冷换。6、 临界温度：气体的液化温度与压力有关。但是对每一种气体都有一个温度，大于这个温度，无论在何种压力下，都不能将其液化，这个温度即为该气体的临界温度。与其对应的压力称之为该气体的临界压力。7、

5、 部分蒸发与部份冷凝：当液体蒸发时，新产生的蒸汽不断的从容器中引出，这种蒸发过程称之为部分蒸发。在定压冷凝时新产生的液体，不断的从容器中引出，这种冷凝过程称之为部分冷凝。三、 深冷制氧的工艺组成；1、 空气压缩系统： 即离心式空压机、为空分装置提供原料空气。2、空气净化系统： 首先，我们应该明确知道深冷制氧的原料是自然界取之不尽、 用之不完的空气。 空气是一种多原素 （多组分）气体，组成的混合气体。它的主要组分是氧气和氮气（容积含量分别为21%和 78%）其次是氩占 %。除此之外还有特有气体 He|、 Ne、 Ke、Xe、 H2。空气中除上述组分外，还有杂质：灰尘、机械颗粒、水份、二氧化碳、乙

6、炔、怪类碳氧化物其它危害： 灰尘、机械颗粒：加剧机器工作轮磨损，污染冷却器将阻力增加，换热效率降低；水、氧化碳（H2o、 CO2）：低温下会以固态出现。堵塞通道、管路、容器、伐门、阻力增加、换热效率降低，精馏恶化；C2H2 、 CH4：是易燃物，是空分装置的大敌。净化：空气过滤器：灰尘和机械颗粒（H2O、CO2、C2H2、CH4）换热式流程：（H2O、CO2：切换式换热器； C2H2、CH4：液空吸附过滤器、液氧吸附器） ；分子筛流程：分子筛纯化器。3、 氮水予冷系统 ：尽可能降低进装置空气的温度，以减少换热器 （纯化器的负荷。它由空气冷却塔和水冷却塔组成。4、换热系统 ：是实现空气液化、分离

7、、维持空气装置冷量平衡，长周期正常运行必不可少的设备。 包括：可逆式板式换热器， 中间冷却器、液化器、过冷器、上下塔和主冷凝蒸发器。5、胀制冷系统 ：是维持装置冷量平衡的重要设备。选平膨胀机 （启动阶段：制取冷量；正常运行：补偿冷损）6、精馏系统 ：是实现空气分离的主要设备。下塔：原料空气的初精馏；上塔：原料液空的再精馏；主冷：联接上下塔是实现液氧蒸发、气氮冷凝。7、再生加热系统 ：用以设备的加热和再生。8、产品压缩输送系统：用以产品氧氮的压缩输送以供用户使用（氧压机、氩氧机）9、参与精馏：在空分装置中，为了制取冷量和补偿冷损，设置了膨胀机制冷系统。它是由主换热气中部抽取一股高温气体与由下塔抽

8、出的一股低温气体，混合后进入膨胀机，经膨胀机决热膨胀降温制取冷量后，吹入上塔中上部参与精馏。产品氧氮经主换热器复热后，由氧压机压缩后送往用户。污氮气一部分经再生加热系统加热后再生分子筛纯化器，大部分去氮水予冷系统的水冷却塔、冷却冷却水。四、 单体设备作用及作用原理：1、 空压机 ：离心式压缩机（空气压缩机）其作用：源源不断地为空分装置提供具有一定压力的原料空气。其原理：一是气体随工作轮高速旋转，产生离心力，将压力升高；二是流体离开叶轮后，在扩压器中，由速度能转换为压力能。2、 空气过滤器：其作用：滤除原料空气中的灰尘和机械颗粒及杂质。3、 氮水予冷器 ：安装在空分塔外，回收返流污氮冷量的换热设

9、备。它由空冷塔和水冷塔组成。空冷塔：以水为介质，降低加工空气装置的温度。 同时降低空气中的饱和含量，减少换热器热负荷 （分子筛负荷）还可对加工空气进行一次性洗涤。水冷塔； 返流污氮与来自空冷塔温度较高的冷却水进行热交换。其原理：返流污氮温度低，直接进行热换热。污氮含水的不饱和性。即干氮的吸湿作用带走水份、冷却水由于水份蒸发，释放蒸发潜热而本身温度降低。4、 主换热气： 用以正返流气体进行热量交换的重要设备。机理：换热气中，冷热气体的传热量是通过隔板和肋片同时进行。5、 纯化器 ：即分子筛吸附器，两个交替使用。一个工作的同时，另一个加热再生。其作用：用分子筛吸附剂，吸附清除原料空气中的水、氧化碳

10、、C2H2及怪类碳氢化合物。其原理： 利用吸附剂较高的选择吸附的性能和低稳吸附。高温解析的物性、使吸附质浓雾在吸取附剂表面，加温再生时，再将其清除。6、下塔：其作用：原料空气的初精馏设备。一般为35 块环流式筛孔塔板。其原理：空气为精馏的上升蒸汽。顶部气氮被主冷冷凝后一部份作为上塔器流液，一部分经过冷器过冷节流后送往上塔，作为上塔器流液，精馏分离后获得38%左右的富氧液空。7、上塔：其作用：是原料液空的再精流设备。一般为75 块筛孔塔板。其原理：上升蒸汽为主冷蒸发的气氧和膨胀后吹入的空气。作为上升气体，下塔送上的纯液氮和污液氮作为器流液。精流后获得纯氧、氮产品。8、 主冷凝蒸发器 ：（简称主冷

11、 ）同以上塔液氧和下塔气氮之间进行热交换。 液氧吸收热量而蒸发，气氮释放热量而冷凝。9、 膨胀机 ：使压缩膨胀，输出外功（对外作功）产生冷量的机器称膨胀 机。其作用：压缩气体在膨胀机内绝热膨胀，对外输出功，制取维持空分装置正常就需冷量。其原理：由于压缩气体在膨胀机内绝热膨胀与外界没有任何能量交换。气体膨胀，克服分子引力。消耗分子功能、降低气体温度；同时膨胀机高速运转，对外输出功。大量消耗气体能量、进一步减少分子功能。因而使气体温度大幅度降低，产生冷量。10、氧压机：其作用：将空分装置生产的产品氧气压缩到一定压力送往用户。11、氮压机：其作用：将空分装置生产的产品氮气压缩到一定压力送往用户。活塞式压缩机工作原理：活塞在气缸内作往复运动、气缸容积增大，将气体吸入气缸容积缩小，将气体压缩。当压缩到一定程序时由排出伐压处。