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1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;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。
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氮气。利用氧气和氮气的沸点不同(氧气沸点为-183°C,氮气沸点为-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、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、氙等在空气中含里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，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年研制出第-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。所以，电解法也不适用家庭制氧的方法。
白化学制氧
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，制取了过氧化钡。
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)-双氧水双氧水的化学名称是过氧化氢(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。
双氧水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。双氧水具有产氧里较大(30 %的稀释液中，有效氧含里为14 1%) 和成本较低的好处。但是，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%^上时，温度过高即有
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，就形成极危险的性混合物。双氧水是强烈氧化剂，对有机物、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
高纯氮源从氮气质里上来讲，均可满足用 气要求，但在氮气成本上差异较大，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，氮气用童就依此而定了下来，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 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，几乎全都采用瓶装氮气，使用灵活、方便。
蛋燃氯气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，有咖处用瓶装氨气已不适宜。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。
()液氮。使用液氮者，在企业建立之时，一般生产规模都不大; 通常只有一两条宝，虽然知道现场制氨的成本低，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超过30m3h还是自购PSA制氮设备制氮为佳。