制氧/制氮工艺
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。
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（氧气沸点为-183℃，氮气沸点为-196℃），从空气中制备氧气称空气分离法。首先把空气预冷、净化(去除空气中的少量水分、二氧化碳、乙炔、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，将氧气和氮气分离开来，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、氙等在空气中含量极少的稀有惰性气体。由空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最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，但是产量高，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年研制出第一台深冷空分制氧机以来，这种制氧方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，氧气进入吸附器内，当吸附器内氧气达到一定量（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。
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(Alexander von Humboldt)采用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(Louis—Jacques Thenard)合作制取了过氧化钠和过氧化钾。1818年泰纳尔又用酸处理过氧化钡，再经蒸馏发现了过氧化氢。200年来，化学家们不断地研究，发现大量无机过氧化合物。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：
1、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(H2O2)，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5℃，它的分解速度就要增加1．5倍。即便是稀释后浓度为35％的双氧水，在pH值增加(例如贮存在含碱玻璃瓶里)超过6个小时就要发生急剧分解。双氧水中混入少量杂质（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。
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。双氧水具有产氧量较大(30％的稀释液中，有效氧含量为14．1％)和成本较低的好处。但是，双氧水是强腐蚀剂，稍稍不慎便会造成人身伤害，而且在许多情况下还可引起爆炸或燃烧，无论在使用或贮存、运输中都属于危险品。比如：在常压下，双氧水的蒸汽浓度达到40%以上时，温度过高即有爆炸危险。双氧水与有机物混合，能生成敏感和强烈的高效炸药。双氧水与醇
类、甘油等有机物混合，就形成极危险的爆炸性混合物。双氧水是强烈氧化剂，对有机物、特别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。
空分制氧工艺流程
图片：
空分制氧系统包括空压机系统、空冷系统、水冷系统、分子筛纯化系统、增压膨胀机系统、精馏塔系统、加压气化系统、氧气系统、氧压机系统、调压站系统
空分制氧系统中精馏塔分离氮气与氧气的原理简介：
精馏塔是一种采用精馏的方法，使各组份分离。从而得到高纯度组份的设备。
空气被冷却至接近液化温度后送入精馏塔的下塔，空气自下向上与温度较低的回流液体充分接触进行传热，使部分空气冷凝为液体。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高。同时，气体冷凝时要放出冷凝潜热，使回流液体一部分汽化。由于氮是易挥发组份。因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体中氧纯度提高。就这样，气体由下向上与每一块塔板上的回流液体进行传热传质，而每经过一块塔板，气相中的氮纯度就提高一次，当气体到达下塔顶部时，绝大部分氧已被冷凝到
液体中，使气相中的氮纯度达到99.999％。一部分氮气进入冷凝蒸发器中，冷凝成液氮．作为下塔回流液。同时上塔底部的液氧汽化，作为上塔的上升气体，参与上塔的精馏。
将下塔底部得到的含氧38～40％的富氧液空节流后送入上塔，作为上塔的一部分回流液与上升气体接触传热，部分富氧液空汽化。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体氧纯度提高。液体由上向下与上升气体多次传热传质，液相中的氧纯度不断提高，当液体到达上塔底部时就可得到99.6％的液氧。
工业制氮
【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。
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。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，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离的方法，通称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(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、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，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中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单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上
工业用氮的技术指标
氮是工业生产的重要原料，氮气可以用来搅拌钢水，液氮可以用来冷藏食品等还可以医用作麻醉．
从使用着眼，氮气有四个基本参数需要注意，即纯度、流量、露点和压力，参数值因用途不同而异，供需双方为取得共识，有必要先简单介绍一下四个技术参数的概念。
纯度
纯度是氮气的一个重要技术参数，按国标氮气的纯度分为工业用氮气、纯氮和高纯氮三级，它们的纯度分别为99．5％（O2≤0．5％），99．99％（O2≤0．01％）和99．999％（O2≤0．001％）。
流量
它是指气体流动过程中，单位时间内通过任一截面的气体量。流量有两种方式来表示，即体积流量和质量流量。前者指通过管路任一截面的气体体积，后者为通过的气体质量，在气体工业中一般均采用体积流量以m3／h（或L／h）为度量单位。因气体体积与温度、压力和湿度有关，为便于比较通常所说的体积流量是指标准状态（温度为20℃，压力为0．101MPa，相对湿度为65％）而言，此时的流量以Nm3／h为单位，“N”即表示标准状态。
压力
压力有表压和绝对压力之分，工程上把大于大气压力并以大气压力为起点（零点）来表示的压力称为“表压”，把压力为零时称为“绝对压力”，在气体行业中，若无特殊说明其压力均指表压，其单位为MPa，在许多计算中，常要用“绝对压力”，它们之间有如下关系：
绝对压力＝表压＋大气压力
露点
它是指气体中的水份从未饱和水蒸气变成饱和水蒸气的温度。当未饱和水蒸气变成饱和水蒸气时，有极细的露珠出现，出现露珠时的温度叫做“露点”，它表征气体中的含水量，露点越低，表示气体中的含水量越少，气体越干燥。露点和压力有关，因此又有大气压露点（常压露点）和压力下露点之分。大气压露点是指在大气压力下水份的凝结温度，而压力下露点是指该压力下的水份凝结温度，两者有换算关系（可查换算表），如压力0．7MPa时压力露点为5℃，则相应的大气压（0．101MPa）露点则为－20℃。在气体行业中，若无特殊说明，所指的露点均为大气压露点。
上面简介了气体几个参数的意义，磁性材料用氮气可根据其工艺要求，提出参数的具体指标：
（1）氮气流量。流量的确定主要依据是用氮设备的类型、设备数量和生产工艺。以MnZn
铁氧体烧结用氮窑为例，长窑和短窑，单板窑和双板窑，进行致密化烧结和不进行致密化烧结，调窑水平不同等用气量都有较大差别。此外，在确定氮气用量时，还应留有适当余量。（2）氮气纯度。依据生产工艺确定，对于磁性材料一般都要求高纯氮——纯度≥99.995% ，O2和H2含量在一定范围。
（3）压力。依据设备和工艺来确定其氮气的最低压力值，然后利用调压阀调节到工艺所需压力。
（4）露点。水气也是一种氧化性气体，当然应有限制。对于磁性材料用氮而言，通常只要露点≤－60℃，即氮中水份含量≤10．7×10－6就可满足工艺要求。
[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，根据本
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。
1 NdFeB生产线
NdFeB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”的类型和数量，氮气用量就依此而定了下来，目前国内生产企业除极少数生产规模很小，而采用瓶装氮外，其他各企业有的采用液氮，有的采用PSA现场制氮。
2 MnZn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，短时内用气量较多，这类企业往往生产规模都不大，几乎全都采用瓶装氮气，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。
2．2 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30～50Nm3／h。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，这是氮窑供气的基本要求，显然使用瓶装氮气已不适宜。目前国内企业采用的供氮方式主要有两种，即液氮和现场制氮。
（1）液氮。使用液氮者，在企业建立之时，一般生产规模都不大，通常只有一两条窑，虽然知道现场制氮的成本最低，但由于资金或是考虑到以后的发展等原因，大都决定是先采用液氮，以后视企业情况而定。一旦企业扩能或资金情况允许，从降低生产成本着眼，大都会改用现场制氮方式，但企业若资金允许而近两年内又无扩能计划，笔者认为单台窑用气量超过30Nm3／h，还是自购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24万元，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。
（2）现场制氮。自购设备现场制取高纯氮，虽然一次性投资较大，但运行成本较低（0．7元／m3以内）。它与采用液氮相比，相同的用气量，每年节约的费用可在一年半以内收回设备全部投资。现场制氮的三种技术——深冷空分制氮、PSA制氮和膜分离制氮各有特点，且在不同产氮量及氮气纯度范围各有优势，已有文章〔2〕专门对三者进行了投资价值分析，结论是氮气纯度为99．99％以上，产氮量在500Nm3／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（MnZn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P SA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液氮，而当时深冷空分制氮又是国内唯一的工业化制氮技术，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，制氮设备的产氮量均在200Nm3／h以下。设备能耗高，故障率高，要定期大修。进入90年代中期，由于新的制氮技术——PSA制氮在国内迅速发展和推广应用，它显示了许多独特的优点，故愈来愈受到中小型氮气用户的欢迎。
②PSA制氮。PSA制氮和氮气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：
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）时的短时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质量完全可与液氮相比。配备了液氮贮罐，用户已无供气的后顾之忧，实践也充分证明了这点。江阴市长江气体分离设备有限公司自1997年以来已有四套PSA高纯制氮机组一直在浙江、江西、山东等四家MnZn铁氧体生产企业使用，设备运行良好，技术成熟，质量稳定，完全可满足高档磁芯的生产要求；这四家企业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备都取得了显著的效益。
企业一旦决定采用现场制氮，应明确技术要求，对供应商进行考察和全面评估，择优而廉者选之。
如何得到高纯氮源
能满足高纯氮源有以下三类可供选择：
3．1 瓶装氮气
钢瓶容积为40L，额定充压15MPa，足额贮气6m3，根据用户需求不同，瓶装氮气的纯度有99．5％，99．99％和99．999％之分，磁性材料用氮其纯度为≥99．995％，它是深冷空分之产品，通过膜压机灌充而得。按规定氮气钢瓶外涂黑色漆并有黄色漆字“氮”标识，另外有标牌标明其“纯度”及检验合格等。由于各地的供求情况不同，瓶装高纯氮气的价格有很大差异，从18～90元／瓶不等，即氮气价为3～15元／m3。
3．2 液氮
液氮是深冷空分制氮的产物，在标准状态下，1m3液氮可气化为643m3的氮气，但使用时的实际利用率一般在95％上下，即1m3液氮能实际利用的氮气约为610m3左右，目前市场液氮价格平均为1000元／m3左右，则氮气单价为1．67元／m3。
使用液氮时，用户必须配备液氮贮罐与流量相应的气化器及与压力相应的调压阀等。液氮纯度高，质量稳定，供应一般有保证，使用方便。
3．3 现场制氮
现场制氮是指氮气用户自购制氮设备制氮，目前国内外，工业规模制氮有三类：即深冷空分制氮、变压吸附制氮和膜分离制氮。
3．3．1 深冷空分制氮
它是一种传统的空分技术，已有九十余年的历史，它的特点是产气量大，产品氮纯度高，无须再纯化便可直接应用于磁性材料，但它工艺流程复杂，占地面积大，基建费用高，需专门的维修力量，操作人员较多，产气慢（18～24h），它适宜于大规模工业制氮，氮气成本在0．7元／m3左右。
3．3．2 变压吸附制氮与氮气纯化装置相组合
变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）气体分离技术是非低温气体分离技术的重要分支，是人们长期来努力寻找比深冷法更简单的空分方法的结果。七十年代西德埃森矿业公司成功开发了碳分子筛，为PSA空分制氮工业化铺平了道路。三十年来该技术发展很快，技术日趋成熟，在中小型制氮领域已成为深冷空分的强有力的竞争对手。
变压吸附制氮是以空气为原料，用碳分子筛作吸附剂，利用碳分子筛对空气中的氧和氮选择
吸附的特性，运用变压吸附原理（加压吸附，减压解吸并使分子筛再生）而在常温使氧和氮分离制取氮气。
变压吸附制氮与深冷空分制氮相比，具有显著的特点：吸附分离是在常温下进行，工艺简单，设备紧凑，占地面积小，开停方便，启动迅速，产气快（一般在30min左右），能耗小，运行成本低，自动化程度高，操作维护方便，撬装方便，无须专门基础，产品氮纯度可在一定范围内调节，产氮量≤2000Nm3／h。但到目前为止，除美国空气用品公司用PSA制氮技术，无须后级纯化能工业化生产纯度≥99．999％的高纯氮外（进口价格很高），国内外同行目前一般用PSA制氮技术只能制取氮气纯度为99．9％的普氮（即O2≤0．1％），个别企业可制取99．99％的纯氮（O2≤0．01％），纯度更高从PSA制氮技术上是可能的，但制作成本太高，用户也很难接受，所以用非低温制氮技术制取高纯氮还必须加后级纯化装置。氮气纯化方法（工业规模）目前有三种：
（1）加氢除氧法。在催化剂作用下，普氮中残余氧和加入的氢发生化学反应生成水，其反应式：2H2＋O2＝2H2O，再通过后级干燥除去水份，而获得下列主要成份的高纯氮：N2≥99．999 ％，O2≤5×10－6，H2≤1500×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．5元／m3左右。
（2）加氢除氧、除氢法。此法分三级，第一级加氢除氧，第二级除氢，第三级除水，获得下列组成的高纯氮：N2≥99．999％，O2≤5×10－6，H2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元／m3左右。
（3）碳脱氧法。在碳载型催化剂作用下（在一定温度下），普氮中之残氧和催化剂本身提供的碳发生反应，生成CO2。反应式：C＋O2＝CO2。再经过后级除CO2和H2O获得下列组成的高纯氮气：N2≥99．999％，O2≤5×10－6，CO2≤5×10－6，H2O≤10．7×10－6。制氮成本在0．6元／m3左右。
上述三种氮气纯化方法中，方法（1）因成品氮中H2量过高满足不了磁性材料的要求，故不采用；方法（2）成品氮纯度符合磁性材料用户的要求，但需氢源，而且氢气在运输、贮存、使用中都存在不安全因素；方法（3）成品氮的质量完全可满足磁性材料的用气要求，工艺中不使用H2，无加氢法带来的问题，氮中无H2且成品氮的质量不受普氮波动的影响，故和其他氮气纯法相比，氮气质量更加稳定，是最适合磁性材料行业中一种氮气纯化方法。
3．3．3 膜分离空分制氮与氮纯化装置相组合
膜分离空分制氮也是非低温制氮技术的新的分支，是80年代国外迅速发展起来的一种新的制氮方法，在国内推广应用还是近几年的事。
膜分离制氮是以空气为原料，在一定的压力下，利用氧和氮在中空纤维膜中的不同渗透速率来使氧、氮分离制取氮气。它与上述两种制氮方法相比，具有设备结构更简单、体积更小、无切换阀门、操作维护也更为简便、产气更快（3min以内）、增容更方便等特点，但中空纤维膜对压缩空气清洁度要求更严，膜易老化而失效，难以修复，需要换新膜，膜分离制氮比较适合氮气纯度要求在≤98％左右的中小型用户，此时具有最佳功能价格比；当要求氮气纯度高于98％时，它与同规格的变压吸附制氮装置相比，价格要高出30％左右，故由膜分离制氮和氮纯化装置相组合制取高纯氮时，普氮纯度一般为98％，因而会增加纯化装置的制作成本和运行成本。
除上述三种高纯氮现场制气方法外，近年来又出现了一种租赁供氮方式即由用户租赁制氮设备现场制气或由制氮设备生产企业在氮气使用现场制氮，用户买气，按量付款。因供气量多少不同，价格在1．0～1．4元／m3左右。虽然单位制氮成本比自购设备现场制氮要高，但一次性投资少，使用方便，用户无风险，但此种方式适宜于用气量较大的场合，否则，租
赁费用会增加。各种高纯氮源氮气单价汇总如表1。
[工艺流程] 压缩空气的用途以及原理
一、压缩空气的定义特点；
1.、经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。
2.、缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、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、空气悬架工作原理就是用空气压缩机形成压缩空气，并将压缩空气送到弹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、利用压缩空气使铝液发泡是当前最先进最廉价的大规模连续生产泡沫铝材的制造技术。
11、压缩空气净化冷干机、吸干机、精密过滤器、精密滤芯，气液分离器等一系列仪器设备
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，弹簧作用。气体弹簧；缓冲垫等。
14军事上的应用
有一种鱼雷是由压缩空气为动力驱动的。除此还有气枪。还有美国早期的无人侦察机，其运算控制系统是由射流元件组成的，原因可能是当时计算机还不行或抗电磁干扰。
海上作用：打捞沉船用的浮囊、浮箱，浅潜用气瓶。
[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。
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
互组合达到根椐水温自动启停，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，高效过滤器及亚高效等型号。
高效空气过滤器：
■适用于常温、常湿，允许含有微量酸、碱有机溶剂的空气过滤，该产品效率高，阻力低，容尘量大，广泛应用于航天、航空、电子、制药、生物工程等领域。
■可根据用户需求制作0.3～0.1μm捕集效率≥99.999%的超高效过滤器；各种非标过滤器和亚高效过滤器（95%≤效率≤99.90%）。
V型密褶式过滤器
用于一般通风系统，具有过滤面积大，阻力低，使用寿命长等特点。它可做为高效过滤器的预过滤器使用，从而有效延长高效过滤器的使用寿命。
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，该产品具有容尘量大，阻力小及可清洗等优点，根据使用环境和选材不同，其过滤器效率等级分为F5、F6、F7、F 8。
[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，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩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）的制氧机，发展到现在具有生产2 0000 m3/h、30000 m3/h和50000 m3/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：
1) 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、乙炔等。
2) 空气冷却和液化系统：主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和空气节流阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。
3)空气精馏系统：主要部件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。起到将空气中各种组分分离的作用
4)加温吹除系统：用加温吹除的方法使净化系统再生。
5)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
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：溴化锂冷水机组、水冷式冷水机组、风冷式冷水机组。[制氧/制氨设备]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、溴化锂冷水机组：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。
水冷式----表示冷凝器的冷凝方式为用水来冷却的。
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
空气冷却器air cooled heat exchanger
用空气冷却热流体的换热器。管内的热流体通过管壁和翅片与管外空气进行换热，所用的空气通常由通风机供给。空气冷却器可用于冷却或冷凝,广泛应用于:炼油、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却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。工作压力可达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）。
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（图2）。
其中,卧式布置传热面积大,空气分布均匀，传热效果好；斜顶布置时,通风机安装在人字中央空间,占地面积小，结构紧凑。为抵消空气侧的给热系数较低的影响，通常采用光管外壁装翅片的管子。翅片管作为传热管,可以扩大传热面积。翅片管分层排列,其两端用焊接或胀接方法连接在管箱上。排管一般为3～8排。管束系列尺寸最长达12米。光管外径常为25毫米和3 8毫米,翅片高度一般取12～15毫米,管束宽为100～3000毫米。翅片管是空气冷却器的核心元件，其形式和材料直接影响设备性能。管子可用碳钢、铜、铝和不锈钢等制成；翅片材料根据使用环境和制造工艺来确定，大多用工业纯铝，在防腐蚀要求很高或在制造工艺条件特殊的情况下也采用铜或不锈钢。翅片可按横向或纵向排列。翅片管的基本形式（图3）有：绕片式、镶片式、轧片式、套片式、焊片式、椭圆管式、紊流式（包括轮辐式、开槽形和波纹形等）。管箱的结构主要有法兰式、管堵式和集合管式（图4）。一般前者用于中低压，后两者用于高压。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。
通风方式通风有鼓风和引风两种方式。①鼓风式：空气先流经通风机后流入管束。②引风式：空气先流经管束后流入通风机。前者操作费用较经济，产生的湍流对传热有利，使用较多。后者气流分布均匀，有利于温度精确控制，噪声小，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，即调节叶片的倾角、通风机转速和百叶窗的开启程度等。对冬季易凝、易冻的流体，可采用热风循环或蒸汽加热的办法调节流体出口温度。
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范围,20世纪60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到广泛应用。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/制氮设备]气体压缩机
概述
气体压缩机是把机械能转换为气体压力能的一种动力装置，常用于风动工具提供气体动力，在石油化工、钻采、冶金等行业也常用于压送氧、氢、氨、天然气、焦炉煤气、惰性气体等介质。
按排气压力不同压缩机可分为：
低压压缩机—排气压力小于1.0MPa；
中压压缩机—排气压力1.0- 10MPa；
高压压缩机—排气压力10-100MPa；
超高压压缩机—排气压力大于100MPa等等。
低压压缩机为单级式；中压、高压和超高压压缩机为多级式，最多机数可达8级，目前国外已制成压力达343MPa聚乙烯用的超高压压缩机。
按压缩介质的不同，一般压缩机还可称之为：
空气压缩机、氧气压缩机、氮气压缩机、氢气压缩机等等。
压缩机的结构工作原理大致可分类如下：
碳氢化合物气体中，石油裂解气和石油废气的主要成分为氢、甲烷、丁烷、乙烯、丙烯等；焦炉煤气和城市煤气的主要成分为氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氮等；天然气的主要成分为甲烷。碳氢化合物气体可以作为单一成分气体被制取和压送，也可作为混合成分的气体被制取和压送。在气体压缩机中，压缩介质的成分和性质将与所采用的润滑方式和润滑材料的选取密切相关。
[制氧/制氮设备]空气压缩机
1. 空气压缩机的分类
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。
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，使单位体积内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气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。往复式压缩机(也称活塞式压缩机)的工作原理是直接压缩气体,当气体达到一定压力后排出.
2.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.
2. 活塞式空气压缩机的工作原理
在气压传动中，通常采用容积型活塞式空气压缩机。这里介绍两种典型结构，用来帮助理解空气压缩机的工作原理。图3.33(动画）和图3.34(动画）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面垂直，卧式空气压缩机的气缸中心线则与地面平行。原动机（电动机或内燃机）的回转运动经曲柄连杆机构转换为活塞的往复直线运动。空气压缩机中的进气、排气过程与液压泵的吸油、压油过程类似，这里不再赘述。
3. 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（1 0~100MPa）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
螺杆空压机的工作原理
图片：
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)传动，带动主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和油混合气体经过粗、精两道分离，将压缩空气中的油分离出来，最后得到洁净的压缩空气。
双螺杆空气压缩机具有优良的可靠性能，机组重量轻、震动小、噪声低、操作方便、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内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内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“双螺杆空压机核心技术”栏目）。
三、双螺杆空压机的工作流程
空气通过进气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主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，此时压缩排出的含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部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，得到含油量很少的压缩空气，当空气被压缩到规定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到冷却器进行冷却，最后送入使用系统。
[制氧/制氨设备]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、内表面积很大的空穴。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内部中来，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X(13X)
Y型:,钠Y,钙Y
分子筛吸湿能力极强,用于气体的纯化处理,保存时应避免直接暴露在空气中。存放时间较长并已经吸湿的分子筛使用前应进行再生。分子筛忌油和液态水。使用时应尽量避免与油及液态水接触。工业生产中干燥处理的气体有,空气,氢气,氧气,氮气,氩气等.用两只吸附干燥器并联，一只工作，同时另一只可以进行再生处理。相互交替工作和再生，以保证设备连续运行。干燥器在8-12℃下工作，在加温至350℃下冲气再生。
[制氧/制氨设备]精馏塔>
精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。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馏塔与间歇精馏塔。
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)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。
[制氧/制氮设备]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。
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、外热与内部热交换等引起的冷量损失，一般绝热效率为：高压膨胀机65～85％，中压膨胀机60～70％。20世纪50年代相继出现的不用凸轮传动机构的无阀和单阀膨胀机，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馏区或液化区，保证了安全。
透平膨胀机
以气体膨胀时速度能的变化来传递能量的膨胀机。这种膨胀机有单级和双级、立式和卧式、冲动式和反动式之分。一般采用单级向心径流反动式，传出的外功由发电机、鼓风机或油制动器所吸收。它近似于单级离心压缩机，但具有调节进气量用的（可调叶片）导流器。低速轴承用油强制润滑，高速的采用气体轴承。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、窜流损失和外热侵入损失，一般绝热效率为:中压膨胀机65～75％，低压膨胀机75～85％。60年代已制成带液膨胀机，大多用于天然气分离设备。
[制氧/制氮设备]换热器
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：
（1）合理地实现所规定的工艺条件；
（2）结构安全可靠；
（3）便于制造、安装、操作和维修；
（4）经济上合理。
换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。
由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。
二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年
代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。
60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。
换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。
蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。
间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。
换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。
在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。
在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。
增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。
一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。
空气分离制氧技术的研究
摘要：近年来,随着社会工业的发展，化学工业、冶金工业等部门中大量应用氧气，氧气是气体工业中数量最大的品种。本文首先介绍了空气分离制氧气的三种方法：深冷法、变压吸附法(PSA)、膜分离法，并比较了各自的优缺点，最终选用变压吸附法进行研究。随着新型吸附剂的开发、工艺不断改进以及控制手段的逐步完善，PSA制氧工艺的技术已有明显提高。本文又对变压吸附工艺的改进和吸附剂的改进和选型等方面进行介绍，最后对PSA空分制氧技术的发展前景进行展望。 关键词：氧气；深冷法；变压吸附；膜分离；吸附剂；PSA-MS联用 在过去的几个世纪里，物质生活水平不断提高和人口不断增长，人类对资源的需求日益增大，同时对环境的破坏也日趋加剧。如何以最低的环境代价确保经济持续增长，同时还能使资源可持续利用，已成为所有国家新世纪经济、社会发展过程中所面临的一大难题。我国实施了“科教兴国”和“可持续发展”两大战略，明确了依靠科技、资源节约、生态环境友好、人与自然协调的可持续发展道路，并提出了建设资源节约型与环境友好型社会的重要战略举措。从物质形态来说，可供人类使用的资源可以分为固体、液体、气体三大资源，其中气体资源是在常温常压条件下表现为气态的物资资源，它包括自然的空气资源、生物气体资源以及工业排放的尾气资源。气体资源的开发的主导意识主要是空气分离以及根据应用要求直接制备气体。空气是一种主要由氧、氮、氩气等气体组成的复杂气体混合物，其主要组成有氮气、氧气、氩气、二氧化碳、氖气、氦气等，除了固定组分外，空气中还含有数量不定的灰尘、水分、乙炔，以及二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、一氧化二氮等微量杂质。 一、研究意义 随着国民经济的飞跃发展和技术进步，工业上对氧的需求与日俱增，应用领域不断扩大。冶金、化工、环保、机械、医药、玻璃等行业都需要大量氧气。就冶金来说，无论钢铁冶金或者有色金属、稀有金属、贵金属的冶金，如果用富氧取代空气供氧，冶金炉（或浸出槽）的产量必将大幅度提高，能源消耗显著降低，冶炼（或浸出）时间大大缩短，产品质量提高，这将使生产成本大幅度降低，还可以节约基建投资。1993年世界工业气体交易的市场价值估计超出200亿美元。如果将最终用户直接在现场生产的气体包括在内，估计数字则超过300亿美元。世界各国气体市场的传统增长率比本国生产总值高出1.5～2.0倍。继续促进这一增长的关键因素包括工业气体在加工业质量和效率改进上所起的重要作用，如节约能量的、环境治理和气体的新应用等。该市场主要集中在已高度发达的国家和新兴的工业化经济区域。未来十年预计在亚洲和南美洲的新兴发展中的经济区域有大的市场出现。1993年世界氧气市场需求统计见图1。
制氧站生产工艺流程一、制氧/制氮系统工艺流程及主要设备 空气
二、工艺流程中各步骤工作原理及用途 1、空气过滤器 空气过滤器的净气室出口与空气压缩机入口相连接，当空气压缩机启动后，内部气压低于大气压，在负压作用下，从大气中红吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘灰尘会被滤网阻挡，无数小颗粒粉尘会吸附在过滤筒上，干净的空气进入空气压缩机中，所以过滤器中的滤筒需要经常吹扫。此外空气过滤器外安装有一层粗滤网，起到初步过滤的作用。 2、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。 空气压缩机类型为离心式空气压缩机，一个空压机车间里有两台空气压缩机，当空气压力不够的时候会启动另外一台增加压力。 ⑴EZ45-2+1空压机工作原理（简图如图1所示） 空气走向为： 过滤器 冷却
图 1
⑴ 47YD112空压机工作原理 图2 相同颜色代表管径相同 3、空冷塔和水冷塔 工艺流程如图3所示。自空压机压缩后的高温空气②进入空冷塔压缩空气在空冷塔上升过程中，与塔上部喷入低温冷冻水⑧、中部喷入的循环冷却水①进行直接接触换热，将空气冷却后③送入分子筛。从空冷塔中出来的冷却水④返回到冷却水循环系统中。 进入水冷塔的冷却水⑤与从水冷塔底部进入的干燥空气⑥进行逆流接触，干空气吸收水分达到饱和从塔顶释放⑦，冷却水温度降低形成冷冻水⑧，该冷冻水由泵打入空冷塔上部对空气进行冷却。
4、分子筛 分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，两只吸附器切换工作。由空冷塔来的空气，经吸附器除去其中的水分，CO2及其它一些碳氢化合物后，除一部分工作仪表之外，其余均全部进入分馏塔及增压机。当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生，冷吹备用。由分馏塔来的污氮，经两台电加热炉加热至180度后，入吸附器加热再生，解析掉其中的水分和CO2，后经放空消声器派入大气。 5、换热器 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备 6、膨胀机 增压透平膨胀机，由分子筛吸附器来的洁净空气一部分进入增压器，消耗掉由膨胀机输出的能量，同时使压力得以升高，经增压后的空气入增压机后冷却器，被常温水冷却到38左右，入主换热器冷却到一定温度167K 后入透平膨胀机膨胀，然后经膨胀后换热器进一步冷却入上塔参与精馏。其余空气直接入主换热器冷却到露点100K附近出主换热器，入塔底部参与空气分馏。 7、空气分馏塔 空气分馏塔是一种采用精馏的方法，使各组份分离。从而得到高纯度组份的设备。 空气被冷却至接近液化温度后送入分馏塔的下塔，空气自下向上与温度较低的回流液体充分接触进行传热，使部分空气冷凝为液体。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高。同时，气体冷凝时要放出冷凝潜热，使回流液体一部分汽化。由于氮是易挥发组份。因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体中氧纯度提高。就这样，气体由下向上与每一块塔板上的回流液体进行传热传质，而每经过
图解工业制氧生产工艺 Prepared on 24 November 2020
制氧站生产工艺流程 空气 1 红吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘灰尘会被滤网阻挡，无数小颗粒粉尘会吸附在过滤筒上，干净的空气进入空气压缩机中，所以过滤器中的滤筒需要经常吹扫。此外空气过滤器外安装有一层粗滤网，起到初步过滤的作用。
2、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。 空气压缩机类型为离心式空气压缩机，一个空压机车间里有两台空气压缩机，当空气压力不够的时候会启动另外一台增加压力。 ⑴EZ45-2+1空压机工作原理（简图如图1所示） 空气走向为： 冷却
相同颜色代表管径相同 3、空冷塔和水冷塔 工艺流程如图3所示。自空压机压缩后的高温空气②进入空冷塔压缩空气在空冷塔上升过程中，与塔上部喷入低温冷冻水⑧、中部喷入的循环冷却水①进行直接接触换热，将空气冷却后③送入分子筛。从空冷塔中出来的冷却水④返回到冷却水循环系统中。 进入水冷塔的冷却水⑤与从水冷塔底部进入的干燥空气⑥进行逆流接触，干空气吸收水分达到饱和从塔顶释放⑦，冷却水温
4、分子筛 分子筛吸附器为卧式双层床结构，下层为活性氧化铝，上层为分子筛，两只吸附器切换工作。由空冷塔来的空气，经吸附器除去其中的水分，CO2及其它一些碳氢化合物后，除一部分工作仪表之外，其余均全部进入分馏塔及增压机。当一台吸附器工作时，另一台吸附器则进行再生，冷吹备用。由分馏塔来的污氮，经两台电加热炉加热至180度后，入吸附器加热再生，解析掉其中的水分和CO2，后经放空消声器派入大气。 5、换热器 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备 6、膨胀机 增压透平膨胀机，由分子筛吸附器来的洁净空气一部分进入增压器，消耗掉由膨胀机输出的能量，同时使压力得以升高，经增压后的空气入增压机后冷却器，被常温水冷却到38左右，入主换热器冷却到一定温度167K 后入透平膨胀机膨胀，然后经膨胀后换热器进一步冷却入上塔参与精馏。其余空气直接入主换热器冷却到露点100K附近出主换热器，入塔底部参与空气分馏。 7、空气分馏塔 空气分馏塔是一种采用精馏的方法，使各组份分离。从而得到高纯度组份的设备。 空气被冷却至接近液化温度后送入分馏塔的下塔，空气自下向上与温度较低的回流液体充分接触进行传热，使部分空气冷凝为液体。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，在冷凝过程中，氧比氮较多的冷凝下来，使气体中氮的纯度提高。同时，气体冷凝时要放出冷凝潜热，使回流液体一部分汽化。由于氮是易挥发组份。因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体中氧纯度提高。就这样，气体由下向上与每一块塔板上的回流液体进行传热传质，而每经过一块塔板，气相中的氮纯度就提高一次，当气体到达下塔顶部时，绝大部分氧已被冷凝到液体中，使气相中的氮纯度达到％。一部分氮气进入冷凝蒸发器中，冷凝成液氮．作为下塔回流液。同时上塔底部的液氧汽化，作为上塔的上升气体，参与上塔的分馏，将下塔底部得到的含氧38～40％的富氧液空节流后送入上塔，作为上塔的一部分回流液与上升气体接触传热，部分富氧液空汽化。由于氧是难挥发组份，氮是易挥发组份，因此，氮比氧较多的蒸发出来，使液体氧纯度提高。液体由上向下与上升气体多次传热传质，液相中的氧纯度不断提高，当液体到达上塔底部时就可得到％的液氧。
空分制氧工艺流程 空分设备的工作原理是根据空气中各种气体沸点不同，经加压、预冷、纯化并利用大部分由透平膨胀机提供的冷量使之液化再进行精馏从而获得所需的氧/氮产品。空分制氧系统包括空压机系统、预冷系统、分子筛纯化系统、增压膨胀机系统、分馏塔系统、氧/氮压机系统、调压站系统。 流程简述：原料空气由吸入塔吸入，经滤清器去除灰尘和机械杂质，在离心式空压机中被压缩，压缩之空气经空气冷却塔洗涤冷却至8~10℃，然后进入自动切换使用的分子筛吸附器，以清除H2O、CO2和C2H2，出分子筛的空气为12℃~4℃，然后进入分馏塔。在分馏塔中，空气首先经过主换热器与返流气体换热，然后被冷却至接近饱和温度（-172℃）进入下塔。另一部分空气作为作为膨胀气体，经增压机增压并经冷却器冷却后也进入主换热器与反流气体换热。这部分气体被冷却至-103℃左右，从主换热器中抽出进入透平膨胀机，膨胀后的空气进入热虹吸蒸发器，在热虹吸蒸发器内，被从主冷引出的液氧冷却至-175℃，进入上塔中部，部分液氧复热汽化后夹带液氧返回主冷，形成液氧自循环，进一步除去液氧中的碳氢化合物。少量空气从分子筛吸附器后抽出做为仪表气。在下塔，空气被初步分离成氮和负氧液空，在塔顶获得99.99%N2的气氮，进入主冷与液氧换热冷凝成液氮，部分掖氮回下塔作为下塔的回流液。另一部分液氮，经过冷器过冷节流后进入上塔顶部作为上塔回流液。下塔负液38% O2的液空
经过冷器过冷后进入上塔中部参加精馏。以不同状态的四股流体进入上塔再分离后，在上塔顶部得到纯氮气，经过冷器、主换热器复热后出分馏塔；上塔底部的液氧在主冷被下塔氮气加热而蒸发，其中一部分氧气经氧主换热器复热后出分馏塔，其余部分作为上升蒸汽参加精馏。在上塔冲中部抽出污氮气，经过冷器、主换热器复热引出分馏塔。从分馏塔出来的污氮气分为两路，一路进入纯化系统作为分子筛再生气，其余的污氮气进入预冷系统，进入其中的水冷塔中，以进一步回收污氮中的冷量。从分馏塔出的的合格氧气出分馏塔后，送至压氧系统。部分液氧作为产品抽出。 附：流程图
制氧厂岗位职责 一.制氧空分工段长岗位职责 1.工作职能范围： 在厂长的领导下，负责本机组的生产经营管理及行政事务工作。 2.工作质量与数量： 每天检查所属的机械设备运转情况，及时了解生产和所要处理的任务。抓好产品质量和设备检修质量，不断降低消耗。 3.服从厂领导的统一安排与指挥，认真检查本机组各项规章制度标准，贯彻落实情况并及时向厂内汇报。 4.具备制氧空分压缩机岗位的应知内容。 5.掌握制氧工艺全过程中各部位的调节及参数变化时对其它部位工艺参数的影响。 6.掌握制氧工艺全过程中各个部位的工作原理，设备结构技术要求，遥控自控及其工作状况。 7.应会组织新安装或大、中修全套设备的验收、试车、调试工作。 8.应能提出设备及制氧工艺中合理化建议或改进措施。 9.应提出重大事故或故障的分析判断理论分析的正确处理方案。 1 0."组织全制氧系统开、停车及紧急事故处理等工作。 1 1."参与修订安全技术规程，生产技术操作规程和设备的使用维护规程。 1
2."总结技术操作经验，推广使用新技术，抓好职工的技术培训工作，具备讲授技术理论与技术操作课的能力，培训新工人。 1 3."负责本工段的常规工作。 二.制氧工班长岗位职责 1.工作能职范围： 负责本班安全生产，行政管理工作，负责落实上级交给的各项任务及制氧班组的生产任务。 2.工作质量与数量： 按时完成生产计划和各项生产技术指标，观察调整制氧机各部位温度、压力、阻力、液面、流量、纯度等，使设备达到最佳运行情况。 3.工作协作关系；了解供水、供电等情况，与化验配合做好纯度分析、对使用设备进行维护，发现问题及时联系机修检查处理。 4.具备制氧机空分操作岗位及压缩机岗位的应知内容。 5.掌握制氧工艺过程中各部位的工作原理，设备结构技术要求，遥控、自控及其工作状况。 6.掌握制氧工艺全过程中各部位的调节及参数变化对其他部位工艺参数的影响。 7.组织制氧全系统开，停车及紧急事故的处理工作。 8.提出制氧工艺中的合理化建议或改进措施。 1 9."具有重大事故或故障的分析判断能力，提出正确处理方案。 1
1.氧气和氮气的生产 原料空气自吸入塔吸入,经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.52MPa左右,经空气冷却塔预冷，冷却水分段进入冷却塔内，下段为循环冷却水，上段为低温冷冻水。空气经空气冷却塔冷却后降至约10℃,然后进入切换使用的分子筛吸附器，空气中的二氧化碳,碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。分子筛吸附器为两只切换使用,其中一只工作时另一只再生，纯化器的切换周期为240分钟。 空气经净化后，分为两路：大部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮等）换热达到接近液化温度约-173℃进入下塔。另一路空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-105℃时抽出进入膨胀机膨胀制冷，然后入上塔参加精馏同时补充冷量损失。 在下塔中，空气被初步分离成氮和含氧38-40%的富氧液空（下塔底部），顶部生成的氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液氮，同时主冷的低压侧液氧被汽化。部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出，经过冷器中过冷后经节流送入上塔中部作回流液和粗氩塔Ⅰ冷凝器冷凝侧的冷源。下塔底部的富氧液空引出后经节流降温送入上塔做为回流液参与上塔精馏。 氧气从上塔底部引出，并在主换热器中与原料空气复热后出冷箱进入氧气压缩机加压后送往用户。 污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，大部分作为分子筛的再生气体（用量约21000/h）。小部分进入水冷
塔中作为冷源冷却循环水。 氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，经氮气压缩机加压后送往用户。 产品液氧从主冷中排出送入液氧贮槽保存。从液氧贮槽中排出的液氧，用液氧泵加压后的进入汽化器，蒸发成氧气然后进入氧气管网送用户。
【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/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。 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。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，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离的方法，通称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(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、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，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中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单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。 【制氧原理简介】：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。 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
工业制氧原理及流程 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。 【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。 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。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，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离的方法，通称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(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、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，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中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单、体积更小、无切换阀门、维
ZY-1000/80Nm3/h变压吸附制氧 技术案 目录 第一章：公司简介 第二章：变压吸附制氧简介 第三章：技术案
第四章:近两年变压吸附设备部分业绩表 第五章：公司投资成功案例 一、公司简介 宏达新元科技有限公司是一家专业从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司。公司的核心业务包括： 设备销售、租赁、整改 ★VPSA真空变压吸附制氧 ★PSA变压吸附制氧设备 ★制氮设备、氮气纯化装置 ★LNG系统成套设备和LNG泵
企业拥有现代化标准生产车间和大批专业从事VPSA真空变压吸附、PSA变压吸附、气体分离及机械技术人员，为气体及气体设备领域用户提供独特的产品、服务、技术咨询和解决案。 我公司下辖的企业有简阳天欣气体公司和广西聚源气体公司，为客户提供优质高纯度的气体。企业还在省与欣国力低温公司、简阳川空通用机械厂建立了良好的合作关系。 我公司于2011年3月17日在市苍梧县工商行政管理处登记注册成立的广西川桂气体科技有限公司。其性质为有限责任。注册资金2000万元人民币。 我们将不断完善售后服务、改善设备工艺、加强质量管理，并与研究机构密切配合，为广大用户提供更出色的产品与服务。。。。。。 二、变压吸附制氧技术简介 变压吸附制氧技术是近几十年发展起来的一种空分制氧工艺。与传统的深冷空分制氧装置相比，变压吸附制氧装置具有投资少、能耗低、运行维护费用低、工艺条件温和（常温、低压）、工艺流程简单、自动化程度高、操作灵活性高（可随时开停）、建设工期短和安全性好等优点，因此得到国外大型气体公司和研究机构的广泛关注，并纷纷投入巨大的人力物力研究开发。自九十年代国外开发成功高效锂基制氧分子筛后，变压吸附空分制氧技术开始迅猛发展并得到广泛应用。目前，在很多用氧场合下变压吸附空分制氧可替代深冷空分制氧，并且装置的经济性明显
制氧站设计流程 1 制氧站厂区总图位置选择： 1.1 从工程设计人员来说，选定总图位置时，应明确制氧车间与一些污染源及相关建、构筑物之间的安全距离。 参考《制氧站设计规范》GB50030-91中“第二章氧气站的布置”和《氧规》GB16912-2008中“4.2总图布置”。 2 制氧站厂区内平面布置 2.1 各车间平面布置 工程设计人员应明确各车间建、构筑物的生产类别、防火等级及建、构筑物与其它工业、民用设施的防火间距 （1）生产车间各建、构筑物的生产类别及最低防火等级按照《氧规》GB16912-2008中“4.3.1表2”的内容进行设计。 补充：氧气站室外布置的空分塔或惰性气体贮罐，应按一、二级耐火等级的乙类生产建筑（空分塔）或戊类生产建筑（惰性气体贮罐）确定其与其他各类建筑之间的最小防火间距。（选自《制氧站设计规范》GB50030-91中“第二章氧气站的布置第2.0.3（11）条”） 注意：氧气贮罐（包括液氧储罐）、惰性气体贮罐、室外布置的工艺设备与其制氧厂房的间距，可按工艺布置要求确定。 （2）生产车间各建、构筑物与特定地点的最小防火间距参见《氧规》GB16912-2008中“4.3.2表3”的内容。 （3）生产车间各建、构筑物与其它工业、民用设施的防火间距还应符合《建筑设计防火规范》GB50016-2006中的有关规定。 2.2各车间内、外部设备布置 根据设备厂家提供的设备制造图纸布置设备。要求符合工艺布置要求、安全规范并便于设备操作检修。 2.3各设备之间管道的连接 按照设备厂家提供的工艺流程图布置管道。要求符合工艺流程要求、布置合理并便于操作维修。其中氧气管道按照《氧规》 GB16912-2008中“8 氧气管道”的内容进行设计。
第一章空分设备工艺流程 第一节空气分离设备术语 在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。 一、空气分离设备术语基本术语 1、空气 存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为 1.29kg/m3。主要成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，氩约占0.932%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。 2、加工空气 指用来分离气体和制取液体的原料气。 3、氧气 分子式O ，分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。在标 2 准状态下的密度为1.429kg/m3，熔点为54.75K,在101.325kPa压力下的沸点为 90.17K。化学性质极活泼，是强氧经剂。不能燃烧，能助燃。 4、工业用工艺氧 用空气分离设备制取的工业用工艺氧，其含氧量（体积比）一般小于98%。 5、工业用气态氧 用空气分离设备制取的工业用气态氧，其氧含量（体积比）大于或等于99.2%。 6、高纯氧 用空气分离设备制取的氧气，其氧含量（体积比）大于或等于99.995%。 7、氮气 分子式N ，分子量28.0134（按1979年国际原子量），无色、无臭、的惰性气体。 2 在标准状态下的密度为1.251kg/m3,熔点为63.29K,在101.325kPa威力下的沸点为77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。 8、工业用气态氮 用空气分离设备制取的工业用气态氮，其氮含量（体积比）大于或等于98.5%。
9、纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮含蓄量（体积比）大于或等于99.995%。 10、高纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮含蓄量（体积比）大于或等于99.9995%。 11、液氧（液态氧） 液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为90.17K，密度为1140kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态或用气态氧加以液化。 12、液氮（液态氮） 液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为77.35K，密度为810kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态氮或用气态氮加以液化。 13、液空（液态空气） 液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为78.8K，密度为873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产物。 14、富氧液空 指氧含量（体积比）超过的20.95%的液态空气。 15、馏分液氮（污液氮） 在下塔合适位置抽出的、氮含量（体积比）一般为95%~96%的液体。 16、污氮 由上塔上部抽出的、氮含量（体积比）一般为95%~96%的液态体。 17、标准状态 指温度为0°C、压力为101.325kPa时的气体状态。 18、空气分离 从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。 19、节流 流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力。 20、节流效应（焦耳—汤姆逊效应） 气体膨胀不作功产生的温度变化。
6000m3/h制氧机组操作规程 编制： 审核： 批准：
前言 制氧厂主要生产氧气、氮气、液氧，氧气、氮气通过管道输送至炼铁、炼钢、轧钢等后续工序使用，液氧汽化输入管网，其整个作业过程接触的有助燃物品氧气、液氧，易窒息物品氮气，发生事故的种类有燃烧、爆炸、窒息、冻伤。每个作业过程都存在着严重危险因素，危及人身、设备安全，为此特编写此规程以规范各种作业细节，杜绝事故的发生，确保制氧厂长期、安全稳定生产。 本次编写是在2003年版基础上，并据现扩大规模后生产实际，广泛征求一线员工意见，并经领导组严格审核而定，为此对本规程所有编写、审核人员及提出宝贵意见的员工表示感谢。 编写组 2011年3月1日
目录 1、岗位职责 (4) 1.1制氧班长岗位职责 (4) 1.2制氧工岗位职责 (5) 2、制氧厂工艺概述及工艺流程 (5) 2.1工艺概述 (5) 2.2工艺流程图 (5) 3、工艺设备性能参数 (6) 4、技术、标准、规程 (6) 4.1工艺条件 (7) 4.2工艺技术及标准 (7) 4.2.1工艺技术 (7) 4.2.2工艺标准 (7) 4.3车间工艺制度 (7) 4.4制氧工艺操作规程 (8) 4.4.1工艺流程概述 (8) 4.4.2 技术参数和经济指标 (9) 5、6000制氧操作规程 (12) 6、空分设备的启动操作规程 (13) 7、精馏工况调整 (20) 8、正常停车 (21) 9、 PLPK型风机透平膨胀机组 (22) 10、 LTY690/5.3型离心空气压缩机 (33) 11、 ZW-56/30型氧气压缩机操作规程 (43) 12、 ZW-56/30型氮气压缩机操作规程 (47) 13、循环泵房操作规程 (47)
一、空气分离制氧的主要工艺及其比较 氧气在工业生产和日常生活中有广泛的用途，空气中含有21%（体积浓度）的氧气，是最廉价的制氧原料，因此氧气一般都通过空气分离制取。 ■ 空气分离制氧主要工艺 1.深冷分离工艺: 传统制氧技术，氧气纯度高、产品种类多，适用于大规模制氧。 2.变压吸附工艺(PSA): 新兴技术，投资小、能耗低，适用于氧气纯度不太高、中小规模应用场合。 3.膜分离工艺: 尚不成熟，基本未得到工业应用。 ■ 变压吸附制氧技术特点--与深冷制氧技术相比 l工艺流程简单，不需要复杂的预处理装置； l产品氧气纯度可达95%，氮气含量小于1%，其余为氩气； l制氧规模10000m3/h以下时，制氧电耗更低、投资更小； l装置运行自动化程度高，开停车方便快捷； l装置运行独立性强，安全性高；
l装置操作简单，操作弹性大（部分负荷性优越，负荷转换速度快）；l装置运行和维护费用低； l土建工程费用低，占地少。 ■ 深冷空分制氧工艺与变压吸附制氧工艺的比较
二、变压吸附空分制氧工艺原理 ★ 变压吸附空气分离制氧原理 空气中的主要组份是氮和氧，通过选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。 氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩（0.31Å）比氧的（0.10 Å）大得多，因此氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强，如图1所示）。因此，当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气可以解吸出来，分子筛得到再生并重复利用。两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。 图1、变压吸附气体分离基本原理示意图 氩气和氧气的沸点接近，两者很难分离，一起在气相得到富集。因此变压吸附制氧装置通常只能获得浓度为90%~95%的氧气（氧的极限浓度为95.6%，其余为氩气），与深冷空分装置的浓度99.5%以上的氧气相比，又称富氧。 ★ 变压吸附空分制氧装置工艺简述
制氧厂岗位职责 一. 制氧空分工段长岗位职责 1. 工作职能范围：在厂长的领导下，负责本机组的生产经营管理及行政事务工作。 2. 工作质量与数量：每天检查所属的机械设备运转情况，及时了解生产和所要处理的任 务。抓好产品质量和设备检修质量，不断降低消耗。 3. 服从厂领导的统一安排与指挥，认真检查本机组各项规章制度标准，贯彻落实情况并及 时向厂内汇报。 4. 具备制氧空分压缩机岗位的应知内容。 5. 掌握制氧工艺全过程中各部位的调节及参数变化时对其它部位工艺参数的影响。 6. 掌握制氧工艺全过程中各个部位的工作原理，设备结构技术要求，遥控自控及其工作状 况。 7. 应会组织新安装或大、中修全套设备的验收、试车、调试工作。 8. 应能提出设备及制氧工艺中合理化建议或改进措施。 9. 应提出重大事故或故障的分析判断理论分析的正确处理方案。 10. 组织全制氧系统开、停车及紧急事故处理等工作。 11. 参与修订安全技术规程，生产技术操作规程和设备的使用维护规程。 12. 总结技术操作经验，推广使用新技术，抓好职工的技术培训工作，具备讲授技术理论与 技术操作课的能力，培训新工人。 13. 负责本工段的常规工作。 二. 制氧工班长岗位职责 1. 工作能职范围：负责本班安全生产，行政管理工作，负责落实上级交给的各项任务及制 氧班组的生产任务。 2. 工作质量与数量：按时完成生产计划和各项生产技术指标，观察调整制氧机各部位温 度、压力、阻力、液面、流量、纯度等，使设备达到最佳运行情况。 3. 工作协作关系；了解供水、供电等情况，与化验配合做好纯度分析、对使用设备进行维 护，发现问题及时联系机修检查处理。 4. 具备制氧机空分操作岗位及压缩机岗位的应知内容。 5. 掌握制氧工艺过程中各部位的工作原理，设备结构技术要求，遥控、自控及其工作状 况。 6. 掌握制氧工艺全过程中各部位的调节及参数变化对其他部位工艺参数的影响。 7. 组织制氧全系统开，停车及紧急事故的处理工作。 8. 提出制氧工艺中的合理化建议或改进措施。
中国石油大学（华东）现代远程教育 毕业设计（论文） 题目：制氧装置的危险性及安全要素分析学习中心： 年级专业：函授08专升本安全工程 学生姓名：学号： 指导教师：职称：讲师 导师单位： 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院 论文完成时间：2010 年9 月 3 日
摘要 制氧装置涉及氧、氮、氩等，制氧装置实际运行过程中存在的危险有害因素主要是爆炸、火灾，其次还存在中毒窒息、触电、机械伤害、高处坠落、物体打击、低温、噪音等危险有害因素。通过对制氧装置所涉及到的主要生产装置、设备、设施和物料进行分析，辨识出制氧装置的主要危险有害因素，对相关安全要素进行分析，提出应采取的安全设施和对策措施，提高制氧装置的安全管理。 关键词：制氧，危险因素，分析，安全
Abstract Oxygen device involves oxygen, nitrogen and argon, etc. During the process of the oxygen device, there are some dangerous and harmful factors, namely: explosion; fire; poisoning and asphyxia; shock; mechanical injury, falls, objects beating, low temperature, noise, etc. Through the analysis of the main device, equipment, facilities and materials related to the oxygen device, this passage identifies the main harmful factors, and then analyzes the safe factors, in order to find the best measure during the process. Thus, improve the safe management of the oxygen device. Key words: oxygen device; harmful factor; analysis; safe
制氧站生产工艺流程 、制氧/制氮系统工艺流程及主要设备 6
、工艺流程中各步骤工作原理及用途 1、空气过滤器 空气过滤器的净气室出口与空气压缩机入口相连接，当空气压缩机启动后，内部气压低于大气压，在负压作用下，从大气中红吸入加工空气。空气经过过滤筒，灰尘灰尘会被滤网阻挡，无数小颗粒粉尘会吸附在过滤筒上，干净的空气进入空气压缩机中，所以过滤器中的滤筒需要经常吹扫。此外空气过滤器外安装有一层粗滤网，起到初步过滤的作用。 2、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。 空气压缩机类型为离心式空气压缩机，一个空压机车间里有两台空气压缩机，当空气压力不够的时候会启动另外一台增加压力。 ⑴EZ45-2+1空压机工作原理（简图如图1所示） 空气走向为： 牢 ----- . .过滤器一段进口增缩一段进口 -段进口烽-段进口 冷却 经过中间冷却器 冷却经过末 冷却器 乏气
减速机 叶轮部分 电动机 一段进口 止推轴承 膜片联轴器 图1 空压机结构简图 二段进口 支撑轴承、 尺、 L 膜片联轴器 二段出口 /-段出口
⑴47Y D112空压机工作原理 原理同上，不过增加了压缩空气的级数，经过四级压缩三次冷却，管口分布为: 相同颜色代表管径相同 3、空冷塔和水冷塔 工艺流程如图3所示。自空压机压缩后的高温空气②进入空冷塔压缩空气在空冷塔上升过程中，与塔上部喷入低温冷冻水⑧、中部喷入的循环冷却水①进行直接接触换热，将空气冷却后③送入分子筛。从空冷塔中出来的冷却水④返回到冷却水循环系统中。 进入水冷塔的冷却水⑤与从水冷塔底部进入的干燥空气⑥进行逆流接触，干空气吸收水分达到饱和从塔顶释放⑦，冷却水温度降低形成冷冻水⑧，该冷冻水由泵打入空冷塔上部对空气进行冷却。