空分基本常识

空分基本常识
空分基本常识
1、空气分离有哪几种方法了？
答:空气中的主要成分是氧和氮，它们分别以分子状态存在。

目前主要有3种分离方法。

(1)低温法
先将空气通过压缩、膨胀降温.直至空气液化，再利用氧、氮的气化温度(沸点)不同(在
大气压力下，氧的沸点为90K ,氮的沸点为77K）将空气分离。

要将空气液化，需将空气冷却到100K以下的温度，这种制冷叫深度冷冻;而利用沸点差将液空分离的过程叫精馏过程.是一种广泛的空气分离方法
(2)吸附法
它是让空气通过充填有某种多孔性物质一分于筛的吸附塔，利用分子筛对不同的分
子具有选择性吸附的特点，让氧分子通过，因而可得到纯度较高的氧气; 这种方法流程简单，操作方便，运行成本较低，但要获得高纯度的产品较为因难，产品氧纯度在9 3 %左右。

并且，它只适宜于容量不太大〔小于4000m3/h)的分离装置。

（3)膜分离法
它是利用一些有机聚合膜的渗透选择性，当空气通过薄膜(0. lμm)或中空纤维膜时，氧气的穿透过薄膜的速度约为氮的4一5倍，从而实现氧、氮的分离‘这种方法装置简单，操作方便，启动快，投资少，但浓度低。

2、制氧机(空分设备)有哪几种类型?
答:制氧机又叫空气分离设备(简称空分设备)，根据不同的分类方法，有许多不同的类型：按产品纯度不同，可分为生产气纯度在99.2％以上的高纯氧的装置;生产氧纯度为95％左右的低纯氧(也叫工艺氧)的装置;生产纯度低于35%的富氧(也叫液化空气)的装置。

根据产品种类不同，可分为单纯生产高纯氧的单高产品装置;同时
生产高纯氧和高纯氮的双高产品装置;附带提取稀有气体的提氩装置或全提取装置。

根据产品的形态，可分为生产气态产品的装置:生产液态产品的装置和同时生产气态、液态产品的装置。

按产品的数量不同，可分为800m3/h以下的小型设备;1000----6000m3/h的中型设备;
10000rn3/h以上的大型设备。

按分离方法不同，可分为低温精馏法;分子筛吸附法和薄膜渗透法。

按工作压力高低，可分为压力在10. 0 --- 20.0MPa的高压装置;工作压力为1. 0 ---5.0MPa 的中压装置;压力为0. 5--0. 6MPa的全低压装置。

3、空分设备的型号表示什么意思?
答：标准状态下(0℃, 0. 101325MPa )的体积;最后为变型设计号.
分馏塔的型号:FON-6000/I3000表示;F一分馏塔:O N-氧氮产品; 6000-氧产量，m3/h;13000-氮产量,m3/h.。

液化设备的型号:YPON- 200/300表示Y-液化装置;P一膨胀机;ON-氧氮产品;200-液氧产量L/h;300一液氮产量L/h。

4、氧气有什么用途?
答:⑴钢铁企业最大的氧气用户是转炉炼钢车间，利用吹入高纯氧气，使铁中碳及磷、硫、
硅等杂质氧化，氧化产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度。

纯氧（＞99.2%）吹炼大大缩短了冶炼时间，井且提高了钢的质量。

5、生产中对氧气的数量和质量有什么要求?
答⑴转炉炼钢.要求高纯度的氧气，含氧大于99.5%同时，对压力也有一定要求，工作压力大于上1.3MPa。

冶炼吨钢的氧气消耗鳌在50~60m3/t。

⑵高炉富氧鼓风。

提高高炉鼓风中的含氧，可以增加煤粉的喷吹量，提高生铁产最。

当吨铁喷煤量达200kg/t时，要求鼓风含氧量在25~29%。

鼓风中含氧量提高1%，生铁产量增加3%，每吨铁的喷煤量可增加13kg.目前，富氧含量一般为23%~25%，最高达27%。

高炉鼓风量很大，每吨铁需12000m3的空气，虽然富氧程度不高，氧气的消耗量也是相当大的。

含氧提高1%，对每吨铁约需16一18m3/t的氧气。

虽然炼铁对氧气纯度没有什么特殊要求，但是，如果专门为炼铁配置单独的制氧系统。

与炼钢用氧不能相互调配，所以一般仍由高纯氧系统供氧。

氧气一般从鼓风机进口吸入，所以对氧气压力没有要求。

6、我国对氧气产品质量有何规定?
答：在LB3863--83中对工业用氧的产品质址作了具体规定。

根据产品中水分的含量分为两类，产品氧纯度又分为两级.如表1所示。

表1工业氧技术要求
指标名称
I类氧含量〔体积分数)/%〕≥99.5 露点/℃《-43
Ⅱ类I级氧含量〔体积分数)/%〕≥99.5 每瓶游离水/mL(≤) 100
Ⅱ类Ⅱ级氧含量〔体积分数)/%〕≥99.2 每瓶游离水/mL(≤) 100
7、氮气有什么用途，制氧机能同时生产多少纯氮产品?
答:一般的保护气要求的氮纯度为99.99%，有的要求氮纯度在99.999%以上
液氮是一种较方便的冷源。

在空气中氮占了花78.03%，在采用空气分离的方法制取氧时，同时可获得氮产品.但是，由于空气中还有0.932 %的氩存在，如果只实现氧氮分离，则氩分别成了氧氮产品中的杂
质。

如果要求的氮产量是氧产量4倍，则氮的纯度只能在99.5%。

对于采用冻结法清除空气中的水分和CO2的全低压空分装置，由于要靠足够的返流气体将冻结的水分和CO2带出装置之外，所以纯氮(99.999%)产量只有氧产量的1.1倍。

对于抽取氩馏分的分子筛净化空分流程，纯氮的产量不受上述限制。

8、制级机能提取多少氩产品?
答:在空气中含有的0. 932%的氩，沸点在氧、氮之间，在空分装置上塔的中部含量最高，叫氩馏分。

在分离氧、氮的同时，将氩馏分抽出，进一步分离提纯，也可得到氩副产品。

对全低压空分装置，一
般可将加工空气中30%~35%的氩作为产品获得（最新流程已可将氩的提取率提高到80%以上）;对中压空分装置，由于膨胀空气进下塔，不影响上塔的精馏过程，氩的提取率可达60%左右。

但是，小型空分装置总的加工空气量少，所能生产的氩气量有限，是否需要配置提氢装置，要视具体情况确定。

9、空气中含有哪些稀有气体？
答:空气中除氧、氮、氢外，还含有极少量的氖、氦，氪、氙等稀有气体。

按体积分数计，氖约占15ppm~18ppm,氦占4.6 ppm ~5.3 ppm，氖只有1. 08 ppm,氙占0.08 ppm，俗称“黄金
气体”由于它们的含量很少，提取的工艺复杂，只有在容量大l0000m3/h的制氧机上才能考虑是否配置提取装置。

10、空分设备对冷却水水质有什么要求?
答:空分设备一般用江河湖泊或地下水作为冷却水。

这种水中通常都含有悬浮物(泥沙及其他污物)以及钙、镁等重碳酸盐[Ca (HCO3 )2和Mg (HCO3)2],称为硬水悬浮物较多时，易堵塞冷却器的通道、过滤网及阀门等。

钙、镁等重碳酸盐在水温升高时易生成碳酸钙CaCO3.碳酸镁MgCO3沉淀物，即形成一般所说的水垢。

一般水温在45℃以上就要开始形成水垢，水温越高越易结垢，水垢附着在冷却器的管壁、氮水预冷器的填料、喷头或筛孔等处。

不仅影响换热，降低冷却效果，而且有碍冷却水或空气的流通，严重时会造成设备故障，因此，冷却水最好是经过软化处理。

采用磁水器进行软化处理较为简便，效果尚可。

清除悬浮物应设置沉淀池。

如果冷却水循环使用，有利于水质的软化，但占地面积较多，基建投资较大。

对压缩机冷却水，温度一般要求不高于28 ℃，排水温度小于40 ℃。

对水质要求为: pH值 6.5一8
悬浮物含量不大于50mg/L
暂时硬度不大于17°dH.
含油量小于5mg/L
氯离子(Cl-)〔质量分数〕小于50 X 10-6
硫酸根(SO4-2)〔质量分数) 小于50X 10-6
氮水预冷系统供排水为独立循环系统，因为冷却水在塔内温升大，排水温度高，结垢严重，所以要求该系统的补充水尽可能采用低硬度水或软水，其暂时硬度一般应小于8. 5°dH,其他要求与压缩机冷却水相同.充瓶用高压氧压机气缸的润滑水，应采用蒸馏水或软水。

11、氧化亚氮的危害？
答:氧化亚氮的分子式为N2O，也叫一氧化二氮，俗称“笑气”大气中的氧化亚氮浓度约为3X10-9。

随着生态环境的恶化，它的含量以每年0. 2%~0. 3%的速度增加。

在常压下，其沸点为185K，比N2, O2,Ar的沸点都高，因而，在氧、氮分离过程中，它将浓缩于液氧中。

N2O在水中的溶解度很小，大部分N2O都会带入分子筛纯化器，分子筛对N2O的吸附能力小于对CO2的吸附能力。

N2O先穿透吸附床层而进人精馏塔，而且在分子筛对H2O,CO2,
C2H2等碳氢化合物的共吸附过程中，CO2能够将分于筛已吸附的N2O分子置换出来.所以，分子筛也不能清除N2O.在主换热器中，加工空气被冷却到接近液化温度，N2O首先冷凝成固体，会造成空气通道阻塞。

在加工空气压力为0. 6MPa , N2O含量为1X10-6时，N2O的凝结析出温度为113K。

在精馏塔中，因为N2O相对N2, O2,Ar组分为高沸点组分，故它将溶解在液氧中，致使在上塔底无法获得高纯度的液氧和气氧产品。

据测定，氧产品纯度为99.5%时，N2O的平均平均储量为1.4×10-6。

并且，在液氧排放不充分时，N2O在液氧中不断积累，当液氧中的N2O 含量大于50×10-6时，就会呈固态析出，阻塞主冷凝蒸发器通道。

12、制氧机的电耗指标表示什么意思?
答:氧气站的主要产品是氧气，消耗的能源主要是电能。

因此，制氧机的能耗指标通常用生产1m3氧气(标准状态)所消耗的电能KW? h 来衡量，即KW? h/m3。

电耗指标不是按额定的产量和电动机的功率来计算。

而是根据实际的产量和电耗来确定。

因此，能耗指标可以根据统计期的总电耗和氧气总产量来计算。

由于氧压机也要消耗相当大的电能，并且，不同的装置压氧的压力也有很大差别，因此，能耗指标分为不包括压氧能耗和包括压氧能耗两种：
1)制氧电耗:包括空压机电耗Wk(kW?h),制冷机电耗Wl,以及用于空分生产的水泵、
电加热器等其他电耗∑Wq之和。

制氧单位电耗Wo2(kW?h/m3)为
Wo2＝（Wk＋Wl＋∑Wq）/V o
式中Vo──统计期内氧产量，m3
2)压送氧电耗:包括氧压机压送氧的电耗Wyo(KW? h)和液氧泵压送氧的电耗Wyb之和。

压氧单位电耗Wy(KW?h/m3)为
Wy＝(Wyo＋Wyb) / ( Vyo十Vyb)
式中Vyo ──统计期的气氧压送量.m3:
Vyb ───统计期的液氧压送量，气化量.m'o
3)氧气综合电耗：包括制氧和压氧在内的生产单位氧的电耗。

通常将压送氮气及其他与制氧生产无关的电耗扣除后除以氧气总产量来计算。

13、什么叫氧气放散率，如何计算?
答:氧气放散率是指制氧机生产的氧（气态与液态)产品中有多少未被利用而放空的比例。

放散率ψfs可按扣除利用的部分来计算。

即ψfs=1-( v′qo + v′yo +v′c)/( vqo+vyo)
式中Vqo、Vyo--生产的气氧和液氧总量；
V′qo、V′yo--送出的气氧和液氧总量；
V′c--储存的产品增量。

氧气放散率是反映设备配套适应能力和生产组织水平的重要指标。

氧气放散率越高，能源浪费越大，综合运行经济效益越差，所以必须通过各种手段降低氧气放散率。

14、什么叫制氧机的提取率?
答：在采用空气分离法制取氧气时，总是希望将加工空气中的氧尽可能多地作为产品分离出来。

为了评价分离的完善程度，引入氧提
取率这一概念。

氧提取率以产品氧中的总氧量与进塔加工空气中的总氧量之比来表示。

即
ψ=V o2?yo2/( Vk?yk)
式中ψ--氧的提取率；
V o2、Vk--氧气产量和加工空气量，m3/h；
yo2、yk--产品氧和空气中所含氧的体积分数。

全低压的精馏塔的氧提取率以前只有80%～85%，现在已提高到90%～95%，最先进的甚至可达99%左右。

15、空分设备制氧的单位电耗与哪些因素有关?
答：制氧的单位电耗大致与压力比的对数及氧气纯度成正比；与氧的提取率及压缩机的效率成反比。

因此，在操作时，应尽可能降低工作压力；对压缩机进行充分冷却，以提高压缩机的等温效率；尽可能地提高氧的提取率；在保证产品质量的前提下，不要过高追求产品纯度，以利于降低单位电耗。