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摘要：地球生物和人类的发展与氧气息息相关。随着社会和经济的快速发展，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；应用
1、深冷空气分离法的特点及安全性
（1）最为常见的空气中沸点较高的杂质有水、二氧化碳等，需要在常温的情况下提前进行清除，这样能够避免设备内的通道堵塞，提高工作效率。（2）液態的氧由于长期弱放电的原因会成为深蓝色的液体，被称为臭氧，它极易产生爆炸。（3）针对制造低温设备的原材料，最为关键的要求就是需要这一材料在低温的情况之下拥有很大的强度和韧性，加之优质的焊接、加工性能。（4）由于空气中含有易爆物质乙炔和碳氢化合物，它们一旦进到空分塔内，并且达到相应的温度那么就可能会发生会强的烈爆炸事故，从而导致危险事故发生。这就表示在操作时需要设置净化设备从而及时清理这些物质。（5）在存储低温液体的容器之中，在外部的热量导入其中之时将会有一些低温液体因为受热而成为气体，从而导致压力的上升，为了防止这一情况的出现，需要进行安装可靠的安全设备。（6）低温液体漏入基础，会造成基础的冻裂，设备可能出现倾斜状况，这种情况下必须要保证设备、管道和阀门这三方的密闭程度，同时也不能忽略热胀冷缩情况下所出现的应力和变形现象。（7）由于低温液体对于碳素钢版形成长时间的冲击，这就会造成钢板的易断裂，考虑到这一情况，需要避免使用碳素钢材质来做排放低温液体的管道和排放槽的组成成份。（8）氮气和氩气属于窒息性气体，因此其液体的排放管需要牵引到室外。
2、深冷空气分离法制氧工艺组成
（1）空气压缩系统。即离心式空压机、为空分装置提供原料空气。（2）空气净化系统。首先应该明确知道深冷制氧的原料是自然界取之不尽、用之不完的空气。空气是一种多元素气体，组成的混合气体。它的主要组分是氧气和氮气，其次是氩占0.93%。空气中还有杂质：灰尘、机械颗粒、水分、二氧化碳、乙炔、怪类碳氧化物。其次，灰尘、机械颗粒，加剧机器工作轮磨损，污染冷却器将阻力增加，换热效率降低；水、氧化碳，低温下会以固态出现。堵塞通道、管路、容器、阀门、阻力增加、换热效率降低，精馏恶化。（3）预冷纯化系统。压缩后的空气在空冷塔冷却后通过分子筛纯化器对空气进行纯化，纯化后的空气一路进入板式换热器，另一路则进入增压机增压。（4）换热系统。是实现空气液化、分离、维持空气装置冷量平衡，长周期正常运行必不可少的设备。包括：可逆式板式换热器，中间冷却器、液化器、过冷器、上下塔和主凝蒸发器。（5）精馏系统是实现空气分离的主要设备。下塔，原料空气的初精馏；上塔是原料液空的再精馏；主冷是联接上下塔实现液氧蒸发、气氮冷凝。（6）再生加热系统是用以设备的加热和再生。（7）产品压缩输送以供用户使用。（8）参与精馏是在空分装置中，为了制取冷量和补偿冷损，设置了膨胀机制冷系统。它是由主换热气中部抽取一股高温气体与由下塔抽出的一股低温气体，混合后进入膨胀机，经膨胀机决热膨胀降温制取冷量后，吹入上塔中上部参与精馏。产品氧氮经住换热器复热后，由氧压机压缩后送往用户。污氮气一部分经再生加热系统加热后再生分子筛纯化器，大部分去氮水予冷系统的水冷却塔、冷却冷却水。
3、深冷空气分离法在制氧系统中的应用
随着制氧技术的不断改进，在深冷法的基础上，又发明了变压吸附制氧法和膜分离制氧法，而变压吸附法和膜分离法，均不适合大规模氧气生产。相对而言，深冷法制氧具有以下优点：（1）制氧纯度高。氧气纯度可达99.6%以上。（2）生产规模大。相对于变压吸附法和膜分离法制氧而言，深冷法制氧单套设备生产能力超过10万m3/h。（3）应用最广泛。深冷法是当今世界上应用最为广泛的空气分离法，在大型、超大型用氧场合具有相对优势。（4）技术较成熟。深冷空气分离法早在二十世纪初就被发明出来，并长期用于制氧实践，技术和设备都在不断改进升级，目前已经相当成熟。基于以上优点，目前在我国制氧量的80%是用深冷法完成的，而且经过多年的努力，其能耗大的缺点也已得到很大的改善。作为大规模制氧的深冷法制氧系统，主要应用于需氧量大的行业。
（1）应用于冶炼生产。冶金工业比如炼钢，在冶炼过程中需要吹以高纯度氧气，氧便和钢水中的碳、磷、硫、硅等元素发生氧化反应，达到有效降低含碳量，清除磷、硫、硅等杂质的目的。同时，氧化过程产生的热量足以维持炼钢所需温度。吹氧不但提高了钢的质量，还缩短了冶炼时间。（2）应用于石油和化工行业。空分装置是石油和化工企业的重要配套装置，主要为生产提供不可缺少的氧气和氮气。比如，氨是化工行业的重要原料，大量用于化肥、硝酸、铵盐、纯碱以及纤维、塑料、染料等化工产业，而合成氨则需要消耗大量的氧气；随着煤化工装置规模的增大，煤气化对氧气的需求量也在增加，无论是采取固定床、流化床还是气流床气化技术，均需要大量的氧气获得理想的碳转化率。（3）应用于机械制造产业。机械制造行业比如船舶制造、汽车制造等，需要频繁进行金属切割、焊接等工艺，这些都需要消耗大量的氧气。（4）应用于航空航天。航空燃料需要大量高纯度液氧，同时生命支持系统也需要大量氧气。（5）应用于污染处理。主要包括污水处理和污染土壤处理等。污水处理主要是对污水进行氧化处理，以减少污染。污染土壤处理主要是对污染土壤进行热处理，即焚烧处理，氧气已长期使用在转炉和二次燃烧以提高燃烧速度。
4、结束语
综上所述，深冷空气分离法是用气体分离膜处理原料空气，在提高原料空气中氧浓度的基础上，将其送入分离工序。因此，分离工序的氧气提取率就能大幅地提高，生产成本也显著下降。此外，空气分离工序的装置实现了小型化，设备费用将会减少。而且，气体分离膜有空气过滤的作用，因而有不需要空气过滤器等方面的优点。
参考文献：
[1]深冷空气分离法在制氧系统中的应用研究[J].郭震.建材与装饰.2016（18）.
[2]深冷分离法加膜分离法的空气分离装置分析[J].王静，丁玉峰.化工设计通讯.2017（09）.
[3]气体深冷分离工艺探讨[J].康庆元，徐恒彪.云南化工.2018（02）.
[4]膨胀深冷分离技术在废气治理中的应用[J].王桂英.石油化工安全环保技术.2017（04）.
（作者单位：杭州杭氧股份有限公司邮编）
关键词：深冷空气分离法；制氧系统；应用
1、深冷空气分离法的特点及安全性
（1）最为常见的空气中沸点较高的杂质有水、二氧化碳等，需要在常温的情况下提前进行清除，这样能够避免设备内的通道堵塞，提高工作效率。（2）液態的氧由于长期弱放电的原因会成为深蓝色的液体，被称为臭氧，它极易产生爆炸。（3）针对制造低温设备的原材料，最为关键的要求就是需要这一材料在低温的情况之下拥有很大的强度和韧性，加之优质的焊接、加工性能。（4）由于空气中含有易爆物质乙炔和碳氢化合物，它们一旦进到空分塔内，并且达到相应的温度那么就可能会发生会强的烈爆炸事故，从而导致危险事故发生。这就表示在操作时需要设置净化设备从而及时清理这些物质。（5）在存储低温液体的容器之中，在外部的热量导入其中之时将会有一些低温液体因为受热而成为气体，从而导致压力的上升，为了防止这一情况的出现，需要进行安装可靠的安全设备。（6）低温液体漏入基础，会造成基础的冻裂，设备可能出现倾斜状况，这种情况下必须要保证设备、管道和阀门这三方的密闭程度，同时也不能忽略热胀冷缩情况下所出现的应力和变形现象。（7）由于低温液体对于碳素钢版形成长时间的冲击，这就会造成钢板的易断裂，考虑到这一情况，需要避免使用碳素钢材质来做排放低温液体的管道和排放槽的组成成份。（8）氮气和氩气属于窒息性气体，因此其液体的排放管需要牵引到室外。
2、深冷空气分离法制氧工艺组成
（1）空气压缩系统。即离心式空压机、为空分装置提供原料空气。（2）空气净化系统。首先应该明确知道深冷制氧的原料是自然界取之不尽、用之不完的空气。空气是一种多元素气体，组成的混合气体。它的主要组分是氧气和氮气，其次是氩占0.93%。空气中还有杂质：灰尘、机械颗粒、水分、二氧化碳、乙炔、怪类碳氧化物。其次，灰尘、机械颗粒，加剧机器工作轮磨损，污染冷却器将阻力增加，换热效率降低；水、氧化碳，低温下会以固态出现。堵塞通道、管路、容器、阀门、阻力增加、换热效率降低，精馏恶化。（3）预冷纯化系统。压缩后的空气在空冷塔冷却后通过分子筛纯化器对空气进行纯化，纯化后的空气一路进入板式换热器，另一路则进入增压机增压。（4）换热系统。是实现空气液化、分离、维持空气装置冷量平衡，长周期正常运行必不可少的设备。包括：可逆式板式换热器，中间冷却器、液化器、过冷器、上下塔和主凝蒸发器。（5）精馏系统是实现空气分离的主要设备。下塔，原料空气的初精馏；上塔是原料液空的再精馏；主冷是联接上下塔实现液氧蒸发、气氮冷凝。（6）再生加热系统是用以设备的加热和再生。（7）产品压缩输送以供用户使用。（8）参与精馏是在空分装置中，为了制取冷量和补偿冷损，设置了膨胀机制冷系统。它是由主换热气中部抽取一股高温气体与由下塔抽出的一股低温气体，混合后进入膨胀机，经膨胀机决热膨胀降温制取冷量后，吹入上塔中上部参与精馏。产品氧氮经住换热器复热后，由氧压机压缩后送往用户。污氮气一部分经再生加热系统加热后再生分子筛纯化器，大部分去氮水予冷系统的水冷却塔、冷却冷却水。
3、深冷空气分离法在制氧系统中的应用
随着制氧技术的不断改进，在深冷法的基础上，又发明了变压吸附制氧法和膜分离制氧法，而变压吸附法和膜分离法，均不适合大规模氧气生产。相对而言，深冷法制氧具有以下优点：（1）制氧纯度高。氧气纯度可达99.6%以上。（2）生产规模大。相对于变压吸附法和膜分离法制氧而言，深冷法制氧单套设备生产能力超过10万m3/h。（3）应用最广泛。深冷法是当今世界上应用最为广泛的空气分离法，在大型、超大型用氧场合具有相对优势。（4）技术较成熟。深冷空气分离法早在二十世纪初就被发明出来，并长期用于制氧实践，技术和设备都在不断改进升级，目前已经相当成熟。基于以上优点，目前在我国制氧量的80%是用深冷法完成的，而且经过多年的努力，其能耗大的缺点也已得到很大的改善。作为大规模制氧的深冷法制氧系统，主要应用于需氧量大的行业。
（1）应用于冶炼生产。冶金工业比如炼钢，在冶炼过程中需要吹以高纯度氧气，氧便和钢水中的碳、磷、硫、硅等元素发生氧化反应，达到有效降低含碳量，清除磷、硫、硅等杂质的目的。同时，氧化过程产生的热量足以维持炼钢所需温度。吹氧不但提高了钢的质量，还缩短了冶炼时间。（2）应用于石油和化工行业。空分装置是石油和化工企业的重要配套装置，主要为生产提供不可缺少的氧气和氮气。比如，氨是化工行业的重要原料，大量用于化肥、硝酸、铵盐、纯碱以及纤维、塑料、染料等化工产业，而合成氨则需要消耗大量的氧气；随着煤化工装置规模的增大，煤气化对氧气的需求量也在增加，无论是采取固定床、流化床还是气流床气化技术，均需要大量的氧气获得理想的碳转化率。（3）应用于机械制造产业。机械制造行业比如船舶制造、汽车制造等，需要频繁进行金属切割、焊接等工艺，这些都需要消耗大量的氧气。（4）应用于航空航天。航空燃料需要大量高纯度液氧，同时生命支持系统也需要大量氧气。（5）应用于污染处理。主要包括污水处理和污染土壤处理等。污水处理主要是对污水进行氧化处理，以减少污染。污染土壤处理主要是对污染土壤进行热处理，即焚烧处理，氧气已长期使用在转炉和二次燃烧以提高燃烧速度。
4、结束语
综上所述，深冷空气分离法是用气体分离膜处理原料空气，在提高原料空气中氧浓度的基础上，将其送入分离工序。因此，分离工序的氧气提取率就能大幅地提高，生产成本也显著下降。此外，空气分离工序的装置实现了小型化，设备费用将会减少。而且，气体分离膜有空气过滤的作用，因而有不需要空气过滤器等方面的优点。
参考文献：
[1]深冷空气分离法在制氧系统中的应用研究[J].郭震.建材与装饰.2016（18）.
[2]深冷分离法加膜分离法的空气分离装置分析[J].王静，丁玉峰.化工设计通讯.2017（09）.
[3]气体深冷分离工艺探讨[J].康庆元，徐恒彪.云南化工.2018（02）.
[4]膨胀深冷分离技术在废气治理中的应用[J].王桂英.石油化工安全环保技术.2017（04）.
（作者单位：杭州杭氧股份有限公司邮编）