制氧机经济性原文粘贴

氧气的应用
氧气是气体工业中数量最大的品种，广泛应用于化学工业、冶金工业等部门中。在过去十几年间，已经开发了各种各样的氧气应用技术，且成功地应用于许多工业生产中。氧的化学性质非常活泼，很容易与其他物质化合而成氧化物，在氧化反应中会产生热量，因此氧可以助燃。随着氧气浓度的提高，氧气反应将加剧，利用这一性质，可以强化生产工艺。
冶金工业消耗大量氧气，富氧炼铁、富氧炼钢、炼铅、炼钨、炼锌等在发达国家已被广泛采用。
在炼钢过程中吹以高纯度的氧气，氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应。这不单降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质。而且，氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度。因此，吹氧不但缩短了冶炼的时间，同时提高了钢的质量。
工艺用氧中，纯氧顶吹转炉用氧纯度要求在99.5%以上。因为氧纯度降低，将增加钢中的含氮量，影响钢的质量。平炉用氧在炉头吹氧的作用是增加空气中的氧浓度，提高燃料燃烧温度。它对氧纯度无严格要求，供氧压力为６～８公斤／厘米２，用氧量为３０标立方米／吨钢左右。炉门吹氧是从炉门插入吹氧管向熔池吹氧，用氧条件无严格要求，用氧量５～２０标立方米／吨钢。炉顶吹氧是从炉顶插入氧枪向熔池吹氧，氧纯度要求不小于９３％，用氧压力８～１０公斤／厘米２，吹氧量１５～３０标立方米／吨钢。平炉用氧对供氧连续性的要求不像顶吹转炉那麽严格，只是影响冶炼时间。
电炉炼钢原有工艺用氧，要求氧纯度大于９８％，含水量低于３克／标立方米，用氧压力在５～１０公斤／厘米２，耗氧量对普通钢为１０～１５标立方米／吨钢，合金钢为２０～３０标立方米／吨钢。而现今，发展短流程电炉钢已成为趋势，用氧量一般为３０～４０标立方米／吨钢，氧气质量要求降低，逐步推广现场PSA制氧装置已成为潮流。
对高炉炼铁，提高鼓风中的氧浓度可以降焦比，提高产量。根据经验，每增加１％Ｏ２，焦比降低１％，产量提高３～４％。高炉富氧鼓风一般要求氧浓度为２４～２５％Ｏ２，因此对氧纯度并无要求。如果氧气加在鼓风机後，要求氧压略高于鼓风压力即可。由于高炉的鼓风量很大，因此氧气消耗量不小。例如，对１５００Ｍ３的高炉，空气增浓到２４.５％Ｏ２，每小时就需消耗１００００标立方纯氧。现高炉开发了氧煤直接燃烧工艺，用90%或98%的氧去直接烧煤，消除了把氧加入鼓风这种老办法的附带缺点，即氧的鼓风漏损和高温富氧条件下热风炉阀门的讯速腐蚀，使氧的应用更为合理。
对于其他工业窑炉，由于富氧显著的助燃功能，若能增加氧含量４～５％，火焰温度便可以升高２００～３００℃。鉴于这一点，国外已纷纷启用富氧助燃技术。日本政府已决定，从１９９０年起，工业用大、中型锅炉，船舶动力装置的锅炉以及取暖锅炉都不得用普通空气燃烧，而要用富氧空气。目前，采用富氧熔炼金属，加热助燃已成为国际节能的热点之一。
在合成氨工业中富氧块煤连续气化，简化了操作，减少了系统阻力，提高单炉生产能力２.５倍左右，同时降低了能耗，吨氨节约原料煤２２５ＫＧ（以标煤计）。蒸汽完全自给，且还能输送蒸汽１９６ＫＧ／吨氨，造气系统综合能好可以降低约５×１０ＫＪ／吨氨，煤种和粒度的适应性强。化工工艺中对氧气纯度的要求通常取决于生产何种化工产品，以及在化工生产流程中采用何中气体净化技术，更取决于经济分析。例如，生产合成氨采用液氮洗净化时，可以采用９２％和９８.５％纯度的氧气。
在造纸行业中，氧气萃取漂白（Ｅ+Ｆ）和中等浓度氧气脱木工艺（ＭＣＯＤ）正在备用来降低化学成本，同时用来减少氯化有机物和生物氧用量，以及废液中的染料。与全氯或氯基生产相比较，氧气漂白及脱木是一种更为节能的一种工艺。由于纸浆是一种连续的需要稳定供氧的工艺，根据其氧气的需求量，通常采用变压吸附作为理想的供气方式。
富氧还被广泛应用于医疗保健。在医院原本一直采用钢瓶供氧，而今先进的集中供氧系统已被广泛采用。集中供氧系统采用集中供气（一般是液氧或钢瓶气），使PSA制氧在医院的应用成为现实。由于PSA制氧机的方便性和经济性，很多医院已经接受。
氧气的制取
空气中的氧氮等分别以单独的分子状态存在。分子是保持它原有性质的最小颗粒，且数目多并不停地作无规则运动，因此氧、氮分子是均匀地相互搀混在一起，要将它们分离需要采取一定的措施，目前主要有两种方法：
１、深冷空气分离法
深冷法是先将空气压缩，再膨胀降温，冷却後液化。然後利用氧氮的沸点温度不同（在大气压下氧的沸点为－１８２.９８℃，氮的沸点为－１９５.８℃），在一定的设备—-精馏塔内，通过温度较高的蒸气和温度较低的液体的相互接触，蒸气中有较多的氧被冷凝，液体中有较多的氮被蒸发，通过多次接触，以实现把空气分离为氧、氮的目的。
深冷法制氧流程图
                                      
２、变压吸附制氧技术
性能良好的吸附剂是实现ＰＳＡ分离的前提和条件。吸附剂是一种多孔结构的固体颗粒，因此高孔隙率和高比表面积是它的重要特征。此外，吸附剂还具有选择吸附性能，即对混合气体的各组分有不同的吸附容量。
在物理吸附过程中，改变压力或改变温度都可以改变吸附的动吸附容量。对于等温条件下的气体混合物，吸附剂对被吸附组分的吸附量，因其分压升高而增加，其分压下降而减少。这样，吸附剂在高压下吸附，达到吸附平衡後，再降压解吸，释放出被吸附的气体组分，吸附剂被再生。这就是变压吸附过程。
变压吸附制氧就是将空气通过分子筛（通常为泡沸石），利用氧、氮分子的直径差差异来分离氧、氮以制取氧。这种吸附法为平衡型吸附，也有利用速度不一样来进行分离的速度型吸附。这种吸附制氧法必需有多塔切换流程（压力升高时吸附，压力降低时解吸），可以实现全自动控制。
VPSA两塔真空解吸制氧流程图
３、VPSA与深冷法的比较
深冷法空气分离制氧以有近百年的历史，工艺流程不断改进，现代化生产装置使用了分子筛纯化、高效透平、填料塔、内增压等流程和工艺，能耗和基建费用有所降低。PSA制氧装置是近２０多年中发展起来并被市场广泛接受的技术，VPSA技术开发时间更短。
VPSA与深冷法比较各有特点：
ａ、流程比较
VPSA制氧装置流程简单，设备数量少，主要设备仅鼓风机、吸附塔、储气罐、真空泵和一些阀门，而深冷制氧机流程复杂，主要设备包括空压机、过滤器、膨胀机、精馏塔、净化装置、一组换热器等许多装置。
ｂ、基建费用
VPSA装置设备数量少，基建费用少，对厂房要求也不高。深冷制氧机装置设备复杂，安装要求高且周期长，基建投资高，其保冷箱和保冷材料（珠光砂）就需要大量资金。
ｃ、运行控制
VPSA装置能自动无负荷的运转，且停车１２小时内，吸附塔内气氛稳定，重新开车後几分种就能出产品。简单的起动及停车能避开用电高峰运行，降低生产成本。而深冷法分离装置的操作就比较复杂，不是简单的起动、停车。
ｄ、维修费用
VPSA装置本身很简单，运转机器的数量少，近似常温常压下操作，维修保养工作量少，费用低。而深冷装置在低温下运行，运转机器较复杂，所以维修费用及保养时间均比VPSA装置多。
ｅ、产品用途
VPSA法与深冷法比较，其产品气单一，氧气纯度低。而深冷法可以同时生产出高纯度的氧、氮产品，所需气量越大，经济性越好，而且深冷法产品便于经济地储存和运输。但两者的取舍完全取决于工艺要求及投资策略。
VPSA能耗计算
制氧机的产品是氧气，消耗的是电能。为了衡量制氧机的经济性，用生产每１ＮＭ３氧气需消耗多少度电来表示制氧机的能耗。
深冷装置的能耗很高，从其能耗计算公式可知：
决定其能耗的一个重要因素是流程压力，即它的能耗与流程压力的对数成正比。目前，大型的空分装置通常采用全低压流程，即带有透平膨胀机的卡皮查循环的空分流程，而小型空分设备则采用带膨胀的中压流程。
表１ 深冷流程压力能耗表
流程压力
流程名称
压力范围Mpa
能耗Kwh/Nm3O2
高压
林德型
6-10
1.5-1.7
中压
克劳特型
1.2-2.5
0.9-1.3
高低压
林德-弗兰型
15;0.6
0.6-0.9
低压
卡皮查型
0.456
0.45-0.7

谢谢楼主这么慷慨。祝您一切皆好！

呵,比我以前想像的制法简单,谢谢了

谢谢楼主分享。文中真空泵能耗公式没看到，是网页没显示吗？还是我这边自己电脑的问题

zeki 发表于 2018-4-20 08:30
谢谢楼主分享。文中真空泵能耗公式没看到，是网页没显示吗？还是我这边自己电脑的问题
是没有显示  应该是格式问题吧