制氧工艺流程

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。

2、氩气的生产

精液氩是采用低温全精馏法制取的。

从上塔相应部位抽出氩馏分气体约18000m3/h，含量为8~10％（体积），含氮量小于0.06％（体积）。氩馏分直接从粗氩塔Ⅱ的底部导入，粗氩塔Ⅱ上部采用粗氩塔Ⅰ底部排出的粗液氩作为回流液，作为回流液的粗液氩经液氩泵加压后直接进入粗氩塔Ⅱ上部。粗氩自粗氩塔Ⅱ顶部排出，经粗氩塔Ⅰ导入，粗氩冷凝器采用过冷后的液空作为冷源，上升气体在粗氩冷凝器中液化，得到粗液氩和约525 m3/h的粗氩气（其组成为98％~99％Ar，≤2PpmO2）。粗氩气被导入精氩塔中，继续精馏；粗液氩作为回流入粗氩塔Ⅰ、Ⅱ。粗氩塔冷凝蒸发器中蒸发后的液空蒸汽和相当于1％总液空量的液空同时返回上塔。

粗氩从精氩塔中部进入，与此同时精氩塔蒸发器利用经过过冷的下塔液空作为热源，促使精氩塔低部的液氩蒸发成上升蒸汽，而液空节流后又被送到粗氩塔冷凝器作为冷源。来自过冷器并经节流的液氮进入精氩塔冷凝器作为冷源，使精氩塔顶部产生回流液，以保证塔内的精馏，使氩氮分离，从而在精氩塔底部得到纯液氩。

液氩经调节阀排入液氩贮槽贮存。

现在工业生产中采用的空气分离方法有三种：

(1) 深度冷冻法：先将空气液化，然后利用液氧、液氮沸点的差异，通过精馏过程，使氧、氮分离，此法在大型空分装置中最为经济。并能生产纯度很高的氧氮产品。

(2) 变压吸附法：变压吸附法制氧或氮是在常温下进行的。其机理有二条：一是利用沸石分子筛对氮的吸附亲和力高于氧的吸附亲和力，以此分离氧和氮；二是利用氧在分子筛微孔中的扩散速度大于氮的扩散速度。在远离平衡条件下分离氧、氮。目前，采用变压吸附法制取氧或氮的装置，其容量和产品的纯度都受到一定的限制。

例如用该法制氧的装置，容量一般还不能超过4000Nm3／H，纯度超不过95％；制氮的装置，容量一般在2000Nm3／H以下，纯度低于99.5％。

(3) 膜分离法：利用高分子聚合薄膜的渗透选择性，将空气中的氧、氮组分分离的方法称为膜分离法．用该法生产氧或氮的装置，容量和纯度也都有一定的局限，一般主要用来生产800Nm3／h以下，，纯度低于99．5％的氮气产品。

空气中含有少量的水蒸汽、二氧化碳、乙炔和碳氢化合物及少许灰尘等固体杂质。如果让这些杂质进入空分装置，将是十分危险的，固体杂质会磨损器件，尤其威胁高速旋转设备的安全运行，带入换热器还会污染传热表面，降低换热效果；水蒸汽和CO2等在低温条件下会相继冻结析出，从而堵塞气体通道及塔板筛孔；乙炔和碳氢化台物在精馏塔中积聚过量，易引发爆炸。所以，为提高装置运行的安全性、可靠性和经济性，必须净化空气。

空气中的固体杂质通过空气过滤器过滤去除，微量的气体杂质则通过分子筛吸附去除。

制冷过程中冷量的产生是通过节流或膨胀来获得。

节流：当气体或液体在管道内流过一个缩孔或阀门时，使流动受到阻碍，流体在阀门处产生漩涡碰撞，摩擦等阻力．流体要流过这个阀门．必须克服阻力，表现出在阀门后的压力比阀门前的压力要低得多。流体这种由于流动遇到局部阻力而造成的压力有较大降落的过程，通常称为节流。

从节流过程看，它是一个压力降低的过程，而这个压力降低，完全是消耗在克服阻力上，并没有对外输出功。同时，气体流过节流阀时，由于时间很短，可以认为是一个绝热过程。对流体本身来说，在节流前后，流体内部的总能量保持不变。流体在流动过程中，内部所具有的能量包括内能(分子运动的动能和分子相互作用的位能)以及后部流体推

动前部流体前进的流动能。这三种能量的总和保持不变。而每一项能量大小在节流前后是有变化的。当节流后由于压力降低，气体体积膨胀，分子间距离增大，则使分子相互作用的位能增加。一般情况下，流动能的变化相对较小。因此，位能的增加，会造成动能的减少。而分子运动动能的大小反映出物体温度的高低。节流后动能减小，所以在一般情况下，气体节流后温度总是降低的，在空分装置中遇到的均是这种情况。

影响节流温降效果的因素有：

(1)节流前的温度：节流前温度越低，温降效果越好。．

(2)节流前后的压差：节流前后的压差越大，温降效果越好。

膨胀：透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，它是由蜗壳、'导流器、工作轮等部分组成。当具有一定的压力的气体进入蜗壳后，被分配到导流器中，导流器上装有可调的喷嘴叶片。气体在喷嘴中将内部的能量转换成流动的动能，压力、焓降低，流速可增高200米／秒左右，当高速气流冲到叶轮的叶片上时，推动叶轮旋转，将动能转化为机械能，通过转子的轴驱动增压器对外作功。从整个过程看，气体压力降低是一个膨胀过程，同时对外输出了功。输出外功是靠消耗了内部的能量，反映出温度降低，焓值减小：亦即是从气体内部取走了一部分能量，就是通常所说的制得冷量。

冷量与膨胀前的压力、温度及膨胀后的压力有关，关系如下

(1)进出口压力一定时，机前温度越高，单位制冷量越大。因此，当装置要求的总制冷量一定时，提高机前温度，可以减少膨胀量。

(2)进口温度一定时，与膨胀机进出口压差有关，压差越大，则单位制冷量越大。

(3)与膨胀机的效率有关，效率高，制冷量大。

精馏原理：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