氧气的工业制法

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氧气的工业制法

摘 要：了解和探讨工业上制氧的方法和原理。工业氧气是用于工业生产及产品加工的气体，在压缩冲装过程中有呈酸性或碱性的润滑水带入钢瓶，会导致钢瓶内壁锈蚀，从而使瓶内气体带有异味，质量要求较低。工业生产需考虑价格是否便宜、成本是否低廉、原料是否易得、能否大量生产以及对环境的影响等。



关键词：氧气 工业制法

一、绪论

1.研究背景

近年来，随着国民经济发展，特别是近几年经济体制改革和开放，气量和用气品种大幅度增加，制氧工业也得到了进一步发展。工业制氧的方法可广泛运用于钢铁切割、石油化工、富氧助燃、电炉炼钢、医院用氧、玻璃生产、制取臭氧、造纸、水产养殖、航空航天等行业和领域。在冶金企业中氧气用于转炉炼钢、高炉富氧、金属切割，具有流量大、流速快、压力中等等特点，属于助燃、易爆的危险品[1]。



2.研究目的

工业氧执行的是国家推荐性标准，主要用于气体火焰加工和其他工业目的。在炼油、煤制气行业，工业氧气用于石油提取和精制，增加油、气井产量和脱硫等。在化工行业，工业氧气用于改变产品分子结构，提高丙稀、乙烯、氯化物工艺的生产能力。在炼钢行业，工业氧气用于提高钢材的产质量。



二、工业上生产氧气的原理

我单位的制氧设备为KDON—4500/4500—Ⅱ型。空气中含氮气78%，氧气21%。工业制氧通常是将空气中的氧气和氮气分离出来，因为空气是取之不尽的免费原料，制氧氧气用来炼钢；工业制氧机的原理是利用空气分离技术，首先高密度压缩空气，再使之在一定的温度下进行气液脱离利用空气中各成分的冷凝点的不同，再进一步精馏而得。一般工业上用氧是通过此物理方法得到的，大型空气分离设备一般的设计是能让氧气能在爬升与下降的过程中充分置换温度，得以精馏。



三、工业上生产氧气的方法

工业制氧是指制造大量氧气，对纯度要求一般不会太高，讲究大量制取，注重成本。在工业制氧上有以下几种方法：一种是物理制氧。1、空气冷冻分离法，空气中的主要成分是氧气和氮气，从空气中制备氧气称空气分离法利用氧气和氮气的沸点不同。空分装置管道中流动的是符合流体力学的一些规律和定律和可压




缩流体气体[2]。首先把空气净化、预冷，然后进行压缩、冷却，使之成为液态空气。然后，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利用氧和氮的沸点的不同，得到可以达到99.6%的纯度的纯氧和可达到99.9%的纯度纯氮。还可提取出氩、氖、氦、氪、氙等在空气中含量极少的惰性气体，如果增加一些附加装置。通过空气分离装置产出的氧气，经过压缩机的压缩，最后通过管道直接输送到工厂、车间使用，将压缩氧气装入高压钢瓶贮存。虽然这种方法生产氧气需要大型的成套设备和严格的安全操作技术，但是产量高，所耗用的原料仅仅是不用买、不用运、不用仓库储存的空气，并且每小时可以产出数干、万立方米的氧气。2、分子筛制氧法（吸附法）使用特制的分子筛把空气中的氧离分出来利用氮分子大于氧分子的特性。首先，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，然后氧气进入吸附器内，空气中的氮分子即被分子筛所吸附，，可打开出氧阀门放出氧气时要当吸附器内氧气达到一定量。经过一段时间，吸附能力减弱，分子筛吸附的氮逐渐增多，需要用真空泵抽出吸附在分子筛上面的氮，产出的氧气纯度下降，然后重复上述过程。这种制取氧的方法便于家庭使用亦称吸附法。利用吸附法制氧的小型制氧机已经开发出来。3、电解制氧法把水放入电解槽中，以提高水的电解度加入氢氧化钠或氢氧化钾，要使水分解为氧气和氢气就通入直流电。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。电解法不适用于大量制氧，因为用电解法制取是很不经济的，因为一立方米氧要耗电12～15千瓦小时，与上述两种方法的耗电量（0.55～0.60千瓦小时）相比。电解法也不适用家庭制氧的方法，因为同时另外产生的氢气如果没有妥善的方法收集，在空气中聚集起来，容易发生极其剧烈的爆炸。



另一种是化学制氧。工业和医用氧气都购自制氧厂。工厂制氧的原料是空气，故价格非常便宜。但是，氧气的贮存运输、使用不太方便（高压氧气用钢瓶、液氧要用特殊贮罐）。另外有些特殊环境和一些远离氧气厂的偏远山区运输困难，携带巨大笨重的钢瓶极为不便，如病人家中、潜水作业、水下航行的潜艇、高空飞行、矿井抢救等小型钢瓶使用时间短，贮氧量小，因此就出现化学制氧法。目前化学制氧多采用过氧化物来制氧，在化合物中以无机过氧化物含氧量最多且易释放。



四、结语

人们正是利用了任何液态物质都有一定的沸点的这一性质，在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸发。因为氮的沸点比液态氧低，因此首先从液态空气中蒸发出氮气，剩下的主要是液态氧了。贮存在漆成蓝色的钢瓶中，便于贮存、运输和使用，通常把氧气加压到15000kPa。



工业氧中还存在一氧化碳、二氧化碳、乙炔等，一旦病人吸入过量对人体极为有害的杂质，引发或加重呼吸系统的病症，会发生呛咳、结痂等现象，严重者极易造成病人吸氧量不足而出现生命危险。因此，国家药品监管部门要求生产、经营医用氧都要取得许可证并一直把医用氧列入药品来管理。



近年来，膜分离技术得到迅速发展，在一定压力下，可得到含氧量较高的富氧空气让空气通过具有富集氧气功能的薄膜。可以得到含90%以上氧气的富氧空




气利用这种膜进行多级分离。工业制氧是将空气降温至液化，然后慢慢升温，除去其他气体利用各种气体的沸点不同，从而制得较纯的氧气。



参考文献

[1]王立平，宫相森，王浩. 氧气管道安装的施工管理[J].山东冶金.2010年04期.



[2]史作询. 流体力学“水击现象”在空分装置中的危害 [J].气体分离.2009年01期.

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