深冷液化技术空气分离

深冷分离技术原理
深冷分离法，又称低温精馏法。

深冷分离是指利用不同气体的沸点差异，在高压下对混合气体进行降温液化处理，进而达到分离混合气体的目的。

现已广泛应用于分离空气中的氧气。

同时，深冷分离法也是石油化工行业分离裂解气的主要技术之一。

深冷法空气分离原理以空气为原料，经过压缩、净化、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，通过精馏，使它们分离来获得氮气和氧气。

深冷制氮的工艺流程：
1、空气压缩及净化
空气经空气过滤器清除灰尘和机械杂质后进入空气压缩机，压缩至所需压力，然后送入空气冷却器，降低空气温度。

再进入空气干燥净化器，除去空气中的水份、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化合物。

2、空气分离
净化后的空气进入空分塔中的主换热器，被返流气体（产品氮气、废气）冷却至饱和温度，送入精馏塔底部，在塔顶部得到氮气，液空经节流后送入冷凝蒸发器蒸发，同时冷凝由精馏塔送来的部分氮气，冷凝后的液氮一部分作为精馏塔的回流液，另一部分作为液氮产品出空分塔。

由冷凝蒸发器出来的废气经主换热器复热到约130K进膨胀机膨胀制冷为空分塔提供冷量，膨胀后的气体一部分作为分子筛的再生和吹冷用，然后经消音器排入大气。

3、液氮汽化
由空分塔出来的液氮进液氮贮槽贮存，当空分设备检修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道。

深冷制氮可制取纯度≧99.999%的氮气。

深冷空气分离法在制氧系统中的应用探析摘要：地球生物和人类的发展与氧气息息相关,随着社会的进步和经济的快速发展,氧气的地位和作用日趋重要,其需求量也越来越大。

特别是在现代工业和医药产业中，氧气的应用愈加广泛，地位更加突出。

因此,研究节能、环保、安全、高效、高纯度的制氧技术。

已经成为氧气制造企业关注的重点，本文研究了深冷空气分离法在制氧系统中的应用，对氧气的制造与提取有一定的现实指导意义。

关键词：深冷空气分离法；制氧系统1 深冷空气分离法概述空气是多种气体的混合物，主要由氧、氮和氩、氖、氦、氪、氙等稀有气体组成,还包括二氧化碳和水蒸气等可变组成部分。

对空气进行分离的目的是从空气中分离出氧气,氮气或提取氦气、氩气等稀有气体，这些气体用途很广，所以空气分离装置在冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、医药、军事等工业部门有着广泛的应用，空气分离法一般有深度冷冻、吸附、膜分离等方法。

其中深度冷冻法简称深冷法。

深冷分离法又称低温精馏法，是以空气为原料,经过压缩、净化、用热交换使空气液化成液氧、液氮和液态稀有气体的混合物，并利用液态气体沸点不同的特性，通过精馏,使各种气体分离来获得氮气、氧气和稀有气体。

深冷法一般分为两步:先制冷,再精馏，1.制冷，制冷的目的是通过不同的深度冷冻循环装置使空气液化，一般是利用膨肌机进行制冷，有些装置则设置高压空气节流阀进行节流制冷，为系统提供所需冷量。

2.精馏，精精馏是一种分离混合物中各组分的过程，利用混合物中各组分挥发度不同，从塔底加热物料，产生上升蒸汽与塔顶冷凝下来的回流液在塔盘或填料上充分地进行逆流接触，发生传热和传质过程，易挥发组分汽化进入气相，难挥发组分冷凝进入液相，如此反复多次，使混合物各组分得到分离的方法，空分的精馏塔一般采用双级精馏塔，它是由上塔，下塔和塔间的冷凝蒸发器组成，有些装置设有粗氩塔，为了获得更高纯度的氧气产品。

采用双级精馏塔的优点是使产品有较高的提取率，并能同时取得高纯氧和高纯氮，通过精馏，空气在双级精馏塔中进行分离,在下塔顶部产出液氮,在冷凝蒸发器中产出液氧。

深冷技术在空气分离设备设计中的应用陈庆生摘要：空气分离技术在现阶段也是应用比较广泛的技术，在许多工程中都起到至关重要的作用。

深冷技术的专业性强度比较大，尽管进行了很多次的完善和改进，现如今，深冷技术依然需要不断的研究，才能使该技术扩大范围推广。

利用深冷技术的空分设备在工业上的利用比较广泛，比如炼钢厂或者煤化工厂中，本文主要研究煤化工厂中深冷技术在空分设备的应用，以及杭氧的58000NM3/H的空分。

另外，该技术的发展理念也在不断变化，为了适应这种变化，我们必须紧跟时代的步伐，让深冷技术走向成熟，提高空气分离设备的工作效率。

关键词：深冷技术；空气分离；设计应用在很多情况下都可以空气达到分离，如果是在非低温的情况下而达到的空气分离效果的叫做常温空分。

而这种方法又细分为变压吸附分离和膜分离两种。

还有一种方法是在低温条件下进行的，就叫做深冷空分技术。

这种方法主要是将金属材料的温度降低到室温下的特定的一个值，以保证可以改变金属材料的某种特性，达到空气分离的目的。

本文主要是研究深冷空分在空气分离中的应用。

该方法也一直在被探索和挖掘，新的科学理念被注入，让该方法更具活力。

本文简单介绍什么是深冷技术以及空气分离设备的组成，让人们更加了解这种技术，让这种技术得到广大推广。

一、对深冷技术的介绍以及空气分离设备的含义深冷技术就是利用冷媒介质作为冷却介质，将淬火后的金属材料的冷却过程继续下去，达到远低于室温的某一温度，从而达到发送金属材料性能的目的。

深冷技术是近年来兴起的一种发送金属工件性能的新工艺技术，是目前最有效、最经济的技术手段。

在进行深冷加工时，金属材料中有些过饱和的亚稳定马氏体的过饱和度会有所降低，此时，会有析出超细小的碳化合物，这种碳化合物和基体保持着碳化物还可以减少位错运动的发生，宏观物体的性能由微观性质决定，通过深冷的关系，这样金属材料的晶格畸变的现象就会大大减少，具有良好的性能。

不仅如此，这些技术改变了金属材料的微观性质，从而影响了金属材料的宏观性能，由于超微细的碳化物会沿着马氏体析出，减弱了晶界的脆化作用，加大了金属材料的强度。

分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用发布时间：2022-09-27T03:15:15.804Z 来源：《科技新时代》2022年5期3月作者：李凯龙[导读] 空气分离技术目前被广泛应用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门，李凯龙河南龙宇煤化工有限公司河南永城 476600摘要：空气分离技术目前被广泛应用于冶金、化工、石油、机械、采矿、食品、军事等工业部门，利用低温冷冻原理，通过空气分离设备将空气中的其他组成部分分离出来，给人类生存生活提供所需的原料。

近些年，随着工业不断向着产业化发展，工业水平得到了长足的进步，空气分离技术也有了非常广阔的发展空间，空气分离设备不断朝着智能化、数字化的方向在前进，无论是在运转稳定性、运转周期、分离速度等方面都有了非常显著的提高。

作为最常用的空气分离技术，深度冷冻（深冷）技术因为分离纯度高，工作效率高而被广泛使用，本文将分析深冷技术在空气分离设备设计中的应用，希望能够提高行之有效的理论基础。

关键词：深度冷冻技术、空气分离设备、设计、应用引言目前，空气分离技术大致包含深度冷冻、吸附、膜分离等几种方法，在这些方法中，研究成功最早、也是目前应用最广泛的就是深度冷冻技术。

1895年，德国人C.林德研究成功了一次节流循环液化空气的方法，这是最简单的深度冷冻循环。

深度冷冻又称深冷技术，大体含义就是通过冷却手段，将空气中的其他成分分离出来的一种技术。

因其效率高、成本低，近些年得到了非常广泛的使用，在空气分离设备中，应用深冷技术也成为最常用的选择。

改革开放以来，我国的经济实现了跨越式的发展，工业基础方面一改以往薄弱的形象，走上了大型化的发展道路，我国的空气分离设备也经过不断地发展，达到了世界领先的地位。

一、空气分离设备在我国的发展空气分离设备在实际设计时，基本上离不开两种方式，一种是在常温环境下进行的空气分离；而另一种就是我们今天要介绍的深冷空气分离，它具体就是指在低温环境下进行空气分离。

深冷空气分离技术深度冷冻法分离空气是将空气液化后，再利用氧、氮的沸点不同将它们分离。

即，造成气、液浓度的差异这一性质，来分离空气的一种方法。

因此必须了解气、混合物的一些基本特征：气-液相平衡时浓度间的关系：液态空气蒸发和冷凝的过程及精馏塔的精馏过程。

1. 空气的汽-液相的平衡，物质的聚集状态有气态、液态、固态。

每种聚集态内部，具有相同的物理性质和化学性质并完全均匀的部分，称为相。

空气在塔内的分离，一般情况下，物料精馏是在汽、液两相进行的。

空气中氧和氮占到99.04%，因此，可近似地把空气当作氧和氮的二元混合物。

当二元混合物为液态时，叫二元溶液。

氧、氮可以任意比例混合，构成不同浓度的气体混合物及溶液。

把氧、氮溶液置于一封闭容器中，在溶液上方也和纯物质一样会产生蒸汽，该蒸汽是由氧、氮蒸汽组成的气态的相混合物。

对于氧氮二元溶液，当达到汽液平衡时，它的饱和温度不但和压力有关，而且和氧、氮的浓度有关。

当压力为1at 时，含氮为0%，2%，10%的溶液的沸点列于表1-5。

从表可知，随着溶液中低沸点组分（氮）的增加，溶液的组和温度降低，这是氧-氮二元溶液的一个重要特性。

空气中含氩0.93%，其沸点又介于氧、氮之间。

表1-5溶液组成与沸点的关系在空气分离的过程中，氩对精馏的影响较大，特别是在制取高纯氧、氮产品时，必须考虑氩的影响。

一般在较精确的计算中，又将空气看作氧-氩-氮三元混合物，其浓度为氧20.95%，氩0.93%，氮78.09%（按容积）。

三元系的汽液平衡关系，可根据实验数据表示在相平衡图上。

确定三元系的汽液平衡状态时，必须给定三个独立参数，除给定温度、压力外，需再细定一个组分浓度（气相或液相）平衡状态才能确定。

2. 压力-浓度图和温度-浓度图 在工业生产中，气液平衡一般在某一不变条件下进行的。

在温度一定时可得如图1-13所示的压力-浓度的关系图（P-X 图）。

溶液组成沸点（vc ）（1at ） 氧% 氮%100 9690 02 10 89.88 89.32 87.37图1-13氧、氮P-X图图1-14氧、氮T-X图图1-13是根据T=常数，绘出的氧、氮平衡系的P-X图，纵坐标为压力，横坐标取氮的液相及气相浓度（也可取氧的浓度）。

制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨摘要：随着现代社会经济发展速度不断加快，氧气在各行业中的作用得以凸显，并且需求量也逐渐开始加大。

在现代工业以及医疗产业中，氧气所具备应用优势也得到凸显。

因此，研究高纯度制氧技术，已经成为现代氧气制造企业所关注的重点。

深冷空气分离法一般情况下能够较好应用于我国制氧企业中，尤其是部分纯度要求较高的大型空气分离技术方面。

本文研究深冷空气分离制氧特点，针对制氧系统中深冷空气分离技术的运动进行深入性探究，以期为现代制氧企业对氧气的制造和提取提供一定参考。

关键词：制氧系统；深冷空气分离技术；运用引言深冷空气分离法作为现代制氧企业最为常见制氧方式之一，也被称为低温精馏法。

从本质上来说，深冷空气法属于一种气体液化技术，研究人员根据空气中各组分沸点的不同，对空气中各组分采取连续多次的部分蒸发和冷凝后获取所需要的纯净氧气、氮气或者是稀有气体。

现代医学和工业行业发展，离不开氧气。

因此，如何制备出高纯度氧气，是现代科学研究的重要课题。

1深冷空气分离制氧的特点1.1对设备材料要求高制氧人员在对空气进行液化处理时，需要采用空气体积压缩及热交换的方式。

因此，制氧企业会对制氧设备的热传导材料提出较高的要求，制造低温设备材料时，需要选用较强耐压能力，并且接口焊接要求较高合金材料。

为防止外源热量传入，选用的热传导材料需要安装保冷箱，设备管道需要采用热绝缘性较为良好的材料对其进行包裹。

此外，保冷箱的填充物则需要选用一些热传导较为惰性的材料。

对此，我们需要注意的是，设备材料不可选用碳钢，这类材料较为脆弱并且无法承担强大的压力，导致制氧设备在运作时出现故障。

1.2杂质组分易产生问题空气中含有一定二氧化碳以及水蒸气，二者凝固点较高，氧气还未被液化时，他们就会逐渐开始成为固态。

在深冷空气分离制氧设备进行运作时，空气中的二氧化碳及水蒸气等杂质组分对管道及阀门出入口进行堵塞，等到精馏时，液态氧无法被分流出来，会对装置的正常运作产生影响。

深冷法分离空气的基本原理一、空气的组成与产品（氮气、氧气）的制取空气是一种复杂的气体混合物，由多种气体组成。

干燥空气的组成，各类组份的性质不同，一般来说，常规情况下空气的组成可视为不变，只有二氧化碳在空气中的含量，随地区条件的不同有一些变化，另外空气中还含有少量的机械杂质、水蒸气、乙炔、甲烷、二氧化氮、一氧化碳等对空气分离有害的成分。

深冷法（低温法）分离空气的基本过程是：将空气压缩到所需要的压力后，先彻底去除空中的水蒸气与二氧化碳，而后送入分馏塔。

空气在分馏塔中的主换热器内与返流的产品气、富氧气体进行热交换，被冷却并部分液化，最后进入精馏塔。

空气在塔内变成液体聚积在塔底，利用氧、氮沸点之差使之分离，成为产品气和富氧空气。

分离产品经主换热器复热后送出分馏塔，产品气使用点，富氧气一部分去纯化器再生，多于富氧气出分馏塔直接放空。

水在0°C要结冰，二氧化碳在～79°C要变成干冰。

而在0.6 下的空气，其液化温度约为～172。

5°C，因此，如果水和二氧化碳不先除去，则随空气的冷却它们将先后变成冰和干冰，并随气体一起流动积聚，堵塞主换热器的空气通道、精馏塔筛板小孔、阀芯，影响装置的正常运转。

水、二氧化碳、润滑油一样，对空气分离装置低温部分危害极大。

空气中的碳氢化合物，特别是乙炔，在精馏过程中，如液空和液氧中的乙炔的浓度浓缩到一定程度就有爆炸的可能。

因此乙炔在液氧中的浓度规定不能超过0.1ppm。

空气中的不凝性气体，如氖、氦气，由于其冷凝温度太低，在空气设备的运行中，总是以气态集聚在冷凝蒸发器内，侵占冷凝蒸发器的热换面积，增大了热阻，影响热交换效果，因此也需要经常排放。

空气的深冷分离过程是一个物理过程，空气冷却与液化并使冷箱内的各部分冷却到各自的工作温度并始终维持在各自的工作温度，所需要的“冷量”主要是膨胀机提供的。

从上面的简单叙述中可以知道，深冷法分离空气一般包括以下一些过程：空气中的机械杂质的去除空气压缩到所需要的压力空气中水分、二氧化碳与乙炔的去除冷量的产生空气的冷却、液化与分离产品的复热液态空气的精馏、分离成产品气和富氧空气产品气的压缩与液化产品的贮存、运输和汽化此外还有保温与绝热、计量、检测与控制等内容。