工業(yè)制氧原理及流程

時(shí)間：2025-01-09作者：上海川一實(shí)驗(yàn)儀器有限公司瀏覽：276

 工業(yè)制氧原理及流程

空氣中含78%，氧氣21%。 由于空氣是取之不盡的免費(fèi)原料，因此工業(yè)制氧1制氮通常是將空氣中的氧氣和分離出來(lái)。制氧氧氣用來(lái)煉鋼;用來(lái)攪拌鋼水，氧氣和均是重要的冶金原料。本專(zhuān)題將詳細(xì)介紹制氧1制氮的工藝流程，主要工藝設(shè)備的工作原理等信息。
制氧1制氮目的] :制氧氧氣用來(lái)煉鋼;用來(lái)攪拌鋼水，氧氣和均是重要的冶金原料。
制氮原理簡(jiǎn)介] :以空氣為原料，利用物理的方法,將其中的氧和氮分離而獲得。工業(yè)中有三種，即深冷空分法、分子篩空分法PSA和膜空分法。
工業(yè)制氧大致可分為以下幾種方法
(-物理制氧
1、空氣冷凍分離法
空氣中的主要成分是氧氣和。利用氧氣和的沸點(diǎn)不同(氧氣沸點(diǎn)為-183°C,沸點(diǎn)為-196C)，從空氣中制備氧氣稱(chēng)空氣分離法。把空氣預(yù)冷、凈化(去除空氣中的少量水
分、二氧化碳、、碳?xì)浠衔锏葰怏w和灰塵等雜質(zhì))、 然后進(jìn)行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點(diǎn)的不同，在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和分離開(kāi)來(lái)，得到純氧(可以達(dá)到99. 6的純度)和純氮(可以達(dá)到99. 9%的純度)。 如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、 氖、氦、氪、氙等在空氣中含里較少的稀有惰性氣體。
由空氣分離裝置產(chǎn)出的氧氣，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的壓縮，后將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過(guò)管道直接輸送到工廠(chǎng)、車(chē)間使用。使用這種方法生產(chǎn)氧氣，雖然需要大型的成套設(shè)備和嚴(yán)格的安全操作技術(shù)，但是產(chǎn)里高，每小時(shí)可以產(chǎn)出數(shù)干、萬(wàn)立方米的氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買(mǎi)、不用運(yùn)、不用倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存的空氣，所以從1903年研制出*-臺(tái)深冷空分制氧機(jī)以來(lái)，這種制氧方法一直得到廣泛的應(yīng)用。
2、分子篩制氧法(吸附法)
利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子篩把空氣中的氧離分出來(lái)。，用壓縮機(jī)迫使干燥的空氣通過(guò)分子篩進(jìn)入抽成真空的吸附器中，空氣中的氮分子即被分子篩所吸附，氧氣進(jìn)入吸附器內(nèi)，當(dāng)吸附器內(nèi)氧氣達(dá)到量(壓力達(dá)到程度)時(shí)，即可打開(kāi)出氧閥門(mén)放出氧氣。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，分子篩吸附的氮逐斬增多，吸附能力減弱，產(chǎn)出的氧氣純度下降，需要 用真空泵抽出吸附在分子篩上面的氮，然后重復(fù) 上述過(guò)程。這種制取氧的方法亦稱(chēng)吸附法。
近，利用吸附法制氧的小型制氧機(jī)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，便于家庭使用。
3、電解制氧法
把水放入電解槽中，加入或氫氧化鉀以提高水的電解度，然后通入直流電，水就分解為氧氣和。每制取一立方米氧，同時(shí)獲得兩立方米氫。用電解法制取一立方米氧要耗電12- - 15千瓦小時(shí)，與上述兩種方法的耗電里(0.5-0.60千瓦小時(shí))相比，是很不經(jīng)濟(jì)的。所以，電解法不適用于大里制氧。另外同時(shí)產(chǎn)生的如果沒(méi)有妥善的方法收集，在空氣中聚集起來(lái)，如與氧氣混合，容易發(fā)生較其劇烈的。所以，電解法也不適用家庭制氧的方法。
白化學(xué)制氧
工業(yè)和氣均購(gòu)自制氧廠(chǎng)。工廠(chǎng)制氧的原料是空氣，故價(jià)格便宜。但是，氧氣的貯存(高壓氧氣用鋼瓶、液氧要用特殊貯罐)、運(yùn)輸、使用不太方便。因此遠(yuǎn)離氧氣廠(chǎng)的偏遠(yuǎn)山區(qū)運(yùn)輸困難，另外有些特殊環(huán)境如病人家中、高空飛行、水下航行的潛艇、潛水作業(yè)、礦井搶救等攜帶巨大笨重的鋼瓶較為不便，小型鋼瓶貯氧里小，使用時(shí)間短，因此就出現(xiàn)化學(xué)制氧法，在化合物中以無(wú)機(jī)過(guò)氧化物含氧里多且易釋放，目前化學(xué)制氧多采用過(guò)氧化物來(lái)制氧。
對(duì)無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物的科學(xué)研究開(kāi)始于18世紀(jì)。1798 年德國(guó)自然科學(xué)家洪堡(Alexandervon
Hmboldt)采用在高溫中把氧化鋇氧化的方法，制取了。
1810年法國(guó)化學(xué)家蓋-呂薩克Jose ph- Louis Gay~ Lussac)和泰納爾(Louis - Jacques The nar作制取了和。
1818年泰納爾又用酸處理，再經(jīng)蒸餾發(fā)現(xiàn)了。200年來(lái)， 化學(xué)家們不斷地研究，發(fā)現(xiàn)大里無(wú)機(jī)過(guò)氧化合物。這些過(guò)氧化物，在遇熱或遇水或遇其他化學(xué)試劑的時(shí)候，很容易析出氧氣。常用的過(guò)氧化物有以下幾種:
液體過(guò)氧化物(液體產(chǎn)氧劑)-的化學(xué)名稱(chēng)是(H202)，為無(wú)色透明液體，有微弱的特殊臭氧味，是很不穩(wěn)定的物質(zhì)，在遇熱、遇堿、混入雜質(zhì)等許多情況下都會(huì)加速分解。溫度每升高5C,它的分解速度就要增加1.5倍。即便是稀釋后濃度為38的，在pH值增加(例如貯存在含堿玻璃瓶里)過(guò)6個(gè)小時(shí)就要發(fā)生急劇分解。中混入少里雜質(zhì)(如鐵、銅、黃銅、青銅、鉛、 銀、鉻、錳等金屬粉末或它們的鹽類(lèi))， 即便在室溫下，同樣要引起急劇的分解，產(chǎn)生氧氣。
是過(guò)氧化物中基本的物質(zhì)，也是各國(guó)科學(xué)家早認(rèn)識(shí)的化學(xué)產(chǎn)氧劑。具有產(chǎn)氧里較大(30 %的稀釋液中，有效氧含里為14 1%) 和成本較低的好處。但是，是強(qiáng)腐蝕劑,稍稍不慎便會(huì)造成人身傷害，而且在許多情況下還可引起或燃燒，無(wú)論在使用或
貯存、運(yùn)輸中都屬于。比如:在常壓下，的蒸汽濃度達(dá)到40%^上時(shí)，溫度過(guò)高即有
危險(xiǎn)。與**物混合，能生成敏感和強(qiáng)烈的。與醇類(lèi)、甘油等**物混合，就形成較危險(xiǎn)的性混合物。是強(qiáng)烈氧化劑，對(duì)**物、對(duì)紡織物和紙張有腐蝕性，與大多數(shù)可燃物接觸都能自行燃燒。
[制氧/制氮工藝流程]
[工藝流程]供氮方式的選擇
高純氮源從質(zhì)里上來(lái)講，均可滿(mǎn)足用 氣要求，但在成本上差異較大，用氣里愈大，差異愈顯著。
企業(yè)選擇何種供氮方式，應(yīng)在充分了解各供氣方式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本企業(yè)的產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)規(guī)模、用氣設(shè)備類(lèi)型、數(shù)里、資金狀況、發(fā)展規(guī)劃等綜合考慮供氮方式和供氦規(guī)模。
1 NdFe進(jìn)產(chǎn)線(xiàn)
NFeB生產(chǎn)線(xiàn)主要用氮設(shè)備為“氣流磨”，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模來(lái)決定“氣流磨”的類(lèi)型和數(shù)里，用童就依此而定了下來(lái)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)除較少數(shù)生產(chǎn)規(guī)模很小，而采用瓶裝氮外，其他各企業(yè)有的采用，有的采用PSA現(xiàn)場(chǎng)制氮。
2 MonZ鐵氧體生產(chǎn)線(xiàn)
真空氣氛爐以真空氣氛爐為燒結(jié)設(shè)備的，因真空氣氛氣氛爐是間歇式作業(yè)，一般以24為一生產(chǎn)周期，單臺(tái)用氣里不大，且非連續(xù)均衡用氣而是相對(duì)集中，短時(shí)內(nèi)用氣里較多，這類(lèi)企
企業(yè)往生產(chǎn)規(guī)模都不大，幾乎全都采用瓶裝，使用靈活、方便。
蛋燃單價(jià)在各種供氮方式中是高的，但因總用氣重有限，故經(jīng)濟(jì)上尚能承受。
氮窯以氮窯為燒結(jié)設(shè)備的，因氛寶是連續(xù)作業(yè)的設(shè)備，用氣里較多，而且從趨勢(shì)來(lái)看，各企業(yè)新置氮窯正向長(zhǎng)室和長(zhǎng)雙板窯方向發(fā)展，單臺(tái)用氣里一般在30~w氮到的燒緒的工藝特點(diǎn)決定了供氣的連續(xù)性，有咖處用瓶裝氣已不適宜。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)采用的供氮方式主要有兩種，即和現(xiàn)場(chǎng)制氮。
()。使用者，在企業(yè)建立之時(shí)，一般生產(chǎn)規(guī)模都不大; 通常只有一兩條寶，雖然知道現(xiàn)場(chǎng)制的，但由于資金或是考慮到以后的發(fā)展等原因，大都決定是先采用濠
氮，以后視企業(yè)情況而定。一旦企業(yè)擴(kuò)能或資金情況允許，從降低生產(chǎn)成本著眼，大都會(huì)改
用現(xiàn)場(chǎng)制氮方式，但企業(yè)著資金允許而近兩年內(nèi)又無(wú)擴(kuò)能計(jì)劃，筆者認(rèn)為單臺(tái)寶用氣量過(guò)30m3h還是自購(gòu)PSA制氮設(shè)備制氮為佳。
因與使用相比，30H/h制氮機(jī)組年氮費(fèi)可節(jié)省約24元，設(shè)備總投入在40萬(wàn)元左右，一年半左右可收回設(shè)備投資，PSA制氮機(jī)壽命可達(dá)10年，10年內(nèi)可省氮費(fèi)200萬(wàn)元。
雖然一次性投資較大，但運(yùn)行成本較低(元/的3以?xún)?nèi))。
(2)現(xiàn)場(chǎng)制氮。自購(gòu)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)制取高純氮，雖然-次性投資較大，但運(yùn)行成本較低(元/m3以?xún)?nèi)) 。0. 7它與采用相比，相同的用氣里，每年節(jié)約的費(fèi)用可在-年半以?xún)?nèi)收回設(shè)備全部投資。現(xiàn)場(chǎng)制氮的三種技術(shù)一一深冷空 分制氮、PSA 制氮和膜分離制氮各有特點(diǎn)，且在不同產(chǎn)氮里及純度范圍各有優(yōu)勢(shì)，已有文章( 2)專(zhuān)i ]對(duì)三者進(jìn)行了投資**分析，結(jié)論是純度為以 上，產(chǎn)氮里在500Xy/h以?xún)?nèi)，PSA制氮(加純化)可以與深冷空分競(jìng)爭(zhēng)。
目前國(guó)內(nèi)磁性材料(MmnZn鐵氧體)生產(chǎn)企業(yè)采用現(xiàn)場(chǎng)制氮又有兩種方式即深冷空分制氮和
PSA制氮(加純化)。
①深冷空分制氮。這類(lèi)企業(yè)建立于90年代前，建立時(shí)就有相當(dāng)規(guī)模，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看不
宜采用，而當(dāng)時(shí)深冷空分制氮又是國(guó)內(nèi)唯-的工業(yè)化制氮技術(shù)，加之資金條件能允許，故采用了深冷空分制氮。限于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)規(guī)模,制氮設(shè)備的產(chǎn)氮里均在2001mn3/h以下。設(shè)備能耗高，故障，要定期大修。進(jìn)入90年代中期，由于新的制氮技術(shù)- -一 PSA 制氮在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，它顯示了許多特的優(yōu)點(diǎn)，故愈來(lái)愈受到中小型用戶(hù)的歡迎。
②PSA制氮。PSA制氮和純化相組合制取高純氮采用的是下面的工藝流程和設(shè)備配置:常維護(hù)(如空壓機(jī)換油和空氣氮都配備的，
它的作用是在設(shè)備正供氣的連續(xù)性的備用措施。此工貯提是任何磁性彬料企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)制
停機(jī)或設(shè)備偶發(fā)故障的停機(jī)維修時(shí)保證凈化設(shè)備的濾芯青洗或換時(shí)的短時(shí)藝制取的高純質(zhì)重點(diǎn)。



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