空分技术经典问答150题及其解答

1. 氧化亚氮对空分设备有何危害?

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3×10-9。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。 土壤微生物在土壤及海洋中的氧化和脱氮活动生成的氧化亚氮占大气中氧化亚氮含量的1/3，另外2/3是人为生成的。例如：矿物燃料、生物体、废弃物的燃烧、污水处理、发酵源、汽车废气等都会导致N2O的生成。在N2O生成源附近，大气中N2O的含量可达到3×10-6以上。虽然N2O的化学性质不活泼，既不会产生腐蚀，也不会发生爆炸，但是它的物理性质对空气分离具有危害。它的临界温度为309.7K，临界压力为7.27MPa，其三相点是182.3K、0.088MPa。在空气分离装置的压力和温度的条件下，它具有升华性质。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，N2O随加工空气经过空气过滤器、压缩机、冷却器、水分离器后不能将其分离、除去。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入精馏塔，而且在分子筛对H2O、CO2、C2H2等碳氢化合物的共吸附过程中，CO2能够将分子筛已吸附的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1×10-6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的平均含量为1.4×10-5。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时，就会呈固态析出，阻塞主冷凝蒸发器通道。 在稀有气体氪、氙的生产中，随着氪、氙的浓缩，N2O也浓缩。N2O的含量可达100×10-6～150×10-6。N2O本身不燃烧，但可以热分解。这将影响对粗氪、氙中CH4的催化燃烧的清除以及利用分子筛对生成的水和二氧化碳的吸附。

由于环境的问题，空气中的N2O的浓度不断增加。况且电子等行业对氧产品的纯度要求越来越高(99.99%～99.9999%)，因此，对加工空气中的N2O的清除比过去更重要。

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较好的清除方法是寻找合适的分子筛，在分子筛纯化器中将加工空气中的H2O、CO2、C2H2、N2O共吸附而清除。

2. 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，例如氮水预冷器带水，使蓄冷器(或切换式换热器)冻结。水垢比较坚硬，附在器壁上不易清除。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 6.5～8.0

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(C1-) (质量分数) 小于50×10-6 硫酸根(SO4-2) (质量分数) 小于50×10-6

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，其暂时硬度一般应不大于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。

3. 气站对周围的空气有什么要求?

答：为了保证氧气生产的安全，对空压机吸风口处空气中烃类的可燃杂质有一定限制。根据GBl6912—1997《氧气及相关气体安全技术规程》的规定，其杂质含量应低于表5规定的允许极限含量。

表5吸风口处空气中烃类等杂质的允许极限含量

允许极限含量(碳含量)/mg·m-3 烃类等杂质名称 乙 炔 炔衍生物 C5、C6饱和与不饱和烃类杂质总计 C3、C4饱和与不饱和烃类杂质总计 C2饱和与不饱和烃类杂质总计 硫化碳(CS2) 氧化氮(NO) 臭氧(O3) 空分塔内具有液空吸空分塔前具有分子筛吸附净化装置 附净化装置 0.5 5 0.01 0.05 0.3 10 0.03 1.25 0.215 0.5 2 2 10

4. 我国对氮气产品的质量标准有何具体规定?

答：根据不同的用途，氮产品分为工业用气态氮、纯氮和高纯氮3种。

工业用气态氮一般作为保护气用，技术指标按GB3864--83规定，如表3所示。

表3工业用气态氮技术指标

指 标 指 标 名 称 氮含量(体积分数)/%(不小于) 氧含量(体积分数)/%(不大于) 每瓶游离水/mL(不大于) 水分 露点/℃(不大于)

纯氮用于化工、冶金、电子等行业的置换气或保护气，技术要求按GB8979--88规定；高纯氮主要用于电子行业或制备标准混合气等，技术要求按GB8980--88规定。具体指标见表4所示。

表4纯氮及高纯氮的技术要求

I类 99.5 0.5 -43 Ⅱ类 1级 99.5 0.5 100 2级 98.5 1.5 指标名称 纯度/%(不小于) 氧含量/10(不大于) 氢含量/10-6(不大于) 一氧化碳含量/10-6(不大于) 二氧化碳含量/10-6(不大于) 甲烷含量/10-6(不大于) 水含量/10-6(不大于)

-6纯 氮 高 纯 氮 优 级 一 级 优 级 一 级 二 级 99.996 99.99 99.9996 99.9993 99.999 10 5 5 5 5 5 50 10 5 10 5 20 1.0 2.0 3.0 1.0 0.5 2.0 1.0 3.0 1.0 1.0 2.6 5.0 注：1.表中的纯度中包含微量惰性气体氦、氩、氖； 2.液态氮不规定含水量。

5. 我国对氧气产品质量有何规定?

答：在GB3863--83中对工业用氧的产品质量作了具体规定。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工业氧拔术要求

指 标 指 标 名 称 氧含量(体积分数)/%(≥) 水分

瓶中的水分含量测定方法有两种：1)露点法，用露点仪测定含水少的情况，测量误差不应大于土1℃；2)倒置法。将充满氧气的气瓶垂直倒置10min，微开瓶阀，让水流至清洁干燥的容器内。当氧气喷出时，立刻关闭瓶阀，用量筒计量流出的水量。一等品应无游离水。

每瓶游离水/mL(≤) 露点/℃(≤) I类 99.5 -43 Ⅱ类 1级 99.5 100 2级 99.2 对气瓶采取随机抽样检查。抽样数如表2所示。当有一瓶为不合格时，应加倍抽样检验。仍有一瓶不合格时，该批产品为不合格产品。

表2瓶装工业氧抽的样数

产品批量/瓶 抽样数量/瓶

1～8 2 9～15 3 16～25 4 26～50 5 >50 6

6. 氧气有什么用途?

答：氧是地球上一切有生命的机体赖以生存的物质。它很容易与其他物质发生化学反应而生成氧化物，在氧化反应过程中会产生大量热量。因此，氧作为氧化剂和助燃剂在冶金、化工、能源、机械、国防工业等部门得到广泛应用。

(1)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，并且提高了钢的质量。

电炉炼钢时吹氧可以加速炉料熔化和杂质氧化，节约电能消耗，逐渐成为固定的氧气用户。

高炉炼铁采用富氧鼓风可以加大煤粉的喷吹量，节约焦炭，降低燃料比。虽然富氧的纯度不高(含氧24%～25%)，但是，由于鼓风量很大，氧气消耗量也相当可观，接近炼钢用氧的三分之一。因此，也成为主要氧气用户。

有色金属冶炼。重金属冶炼中，火法冶炼占主要地位，除靠硫和铁氧化放热外，还需靠燃料燃烧提供热量。为了强化冶炼过程，降低能耗，减少有害烟气量，采用富氧代替空气进行熔炼，同时可提高设备的生产能力。氧浓度在35%～90%。对年产3600t/a铜的闪速炉，需配置生产能力为3000m3/h、氧纯度为95%的制氧机。对100000t/a铅锌的冶炼厂，需配置生产能力为1500m3/h、氧纯度为95%的制氧机。由于它要求的氧纯度不高，相对来说，所需制氧机的容量较小，可以采用分子筛吸附制氧装置。

(2)化学工业，在合成氨的生产化肥过程中，除氮是主要原料气外，氧气用于重油的高温裂化、煤粉的气化等工序，以强化工艺过程，提高化肥产量。一般，一套10万t/a的合成氨装置需配一套10000m3/h的制氧机。

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