氧气的制取工艺和安全技术
制氧工艺
SCIENCE
氧气制取的工艺
制氧空分工艺由于氧、氮在工业生产和科学技术发展中有重要的作用，工业上制氧的方法有：1.低温精馏分离法2.吸附法3.电解法其中，低温精馏分离方法是目前普遍采用的方法，特点是生产成本低，技术成熟，不仅最经济，又能大量生产氧、氮气，而且适合大规模工业化生产，是主要的制取方法。生产工艺简介
01
低温精馏分离法
低温精馏分离法制氧就是以自然界中的空气为原料，先使空气在低温下液化。然后在精馏塔中利用氧、氮各组分沸点不同，分离为氧气和氮气。
空分装置的工作过程：
1.空气的过滤和压缩
2.压缩空气的初步冷却
3.空气的净化，包括水分和碳氢物的去除
4.空气被冷却到液化温度
5.冷量的制取
6.液化和精馏
7.危险杂质的排除
02
吸附法
变压吸附法是20世纪50年代末才开发成功的，由于其独有的灵活方便、投资少、能耗低的优点，近年来变压吸附空分富氧技术在中小规模富氧应用领域得到越来越多的应用。
氮分子含有孤对电子而极性大于氧并且有较大的四极矩，因而N2与沸石骨架中阳离子的作用力强。空气逐层通过沸石柱后，气相中的含氧量逐渐提高，这样便可得到富氧流出气。
一套变压吸附制氧（制氮）系统主要包括三部分：空气压缩系统、压缩空气预处理系统、吸附分离系统。
变压吸附空气分离的技术进步主要集中在两个方面：
1.变压吸附空分工艺过程的改进，使过程更加节能高效；
2.变压吸附空分吸附剂性能的改进。
吸附剂是变压吸附技术的基础，吸附剂的性能决定着吸附分离效果，从而决定着吸附设备投资和分离的经济性。
特点：
1.开停车方便：原始开车几十分钟左右可按要求获得合格产品。临时停车后重新启动即可迅速恢复供给合格产品。
2.操作弹性大。
3.自动化程度高。整个吸附分离过程由PLC或DCS控制，可以实现无人操作。
4.操作成本较低。运行成本较低，主要操作成本为电耗，先进的装置电耗≤0.4kW?h/m3(O2)。
5.分子筛寿命长。在正常操作情况下一般可使用8～10年，无环境污染。
6.投资省，一次性投资低。
03
电解法
把水放入电解槽中，加入氢氧化钠或氢氧化钾以提高水的电解度，然后通入直流电，水就分解为氧气和氢气。每制取一立方米氧，同时获得两立方米氢。用电解法制取一立方米氧要耗电12～15千瓦小时，是很不经济的。所以，电解法不适用于大量制氧。《氧气站设计规范》GB-
01
总则、平面布置的强制条款
1.0.3氧气站内各类房间的火灾危险性类别及最低耐火等级,应符合本规范附录A的规定。
2.当空气分离设备吸风口的原料空气吸风口与乙炔、碳氢化合物等发生源之间的最小水平间距不能满足表3.0.2-1的规定时吸风口处空气中乙炔、碳氢化合物等杂质的允许含量不得大于表3.0.2-2的规定。
3.0.4氧气站火灾危险性为乙类的建筑物及氧气贮罐与其他各类建筑物、构筑物之间的防火间距不应小于表3.0.4的规定。表3.04气气站火灾危险性为乙类的建筑物及氢气贮罐与其他各类建筑物、构筑物之间的防火间距
3.0.5氧气站的火灾危险性为乙类的建筑物,与火灾危险性为甲类的建筑物之间的最小防火间距，应按本规范表3.0.4对其他各类建筑物之间规定的间距增加2m。
3.0.6湿式氧气贮罐与可燃液体贮罐(液化石油气储罐除外)可燃材料堆场之间的最小防火间距,应符合表3.0.4对室外变、配电站之间规定的间距。氧气站和氧气贮罐与液化石油气储罐之间的防火间距,应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB的有关规定。
3.0.9氧气贮罐之间的防火间距不应小于相邻较大罐的半径。氧气贮罐与可燃气体贮罐之间的防火间距不应小于相邻较大罐的直径。
3.0.10制氧站房灌氧站房氧气压缩机间宜布置成独立建筑物,但可与不低于其耐火等级的除火灾危险性属甲、乙类的生产车间。以及无明火或散发火花作业的其他生产车间毗连建造,其毗连的墙应为无门、窗、洞的防火墙,并应设不少于一个直通室外的安全出口。
02
工艺和建筑结构的强制条款
4.0.8离心式空气压缩机应设下列保护系统:
防喘振保护系统;
全放散系统;
轴承温度、轴振动和轴位移测量、报警与停车系统;
入口导叶可调系统。
4.0.16离心式氧气压缩机的设置应符合下列规定:
应设置符合本规范第4.0.8条规定的保护系统;
应设置氮气或干燥空气试车系统、氮气轴封系统;
应设置自动快速充氮灭火系统。
4.0.23氧气、氮气、氩气充装台的设置应符合下列规定:
氧气、氮气、氩气充装台应设有超压泄放用安全阀;
氧气、氮气、氩气充装台应设有吹扫放空阀,放空管应接至室外安全处;
6.0.12采用氢气进行空气分离产品纯化时应符合下列规定:
1.加氢催化反应炉应布置在靠外墙的单独房间内，并不得与其他房间直接相通;
2.氢气瓶应存放在靠外墙的单独房间内，不得与其他房间直接相通。并应符合现行国家标准《氢气站设计规范》GB的有关规定;
3.氢气瓶的放量不得超过60瓶。
6.0.13氢气站的氢气、氮气气等放散管和液氧、液氮等排放管均应引至室外安全处,放散管口距地面不得低于4.5m。
7.0.3当制氧站房或液氧系统设施和灌氧站房布置在同一建筑物内时，应采用耐火极限不低于2.0h的不燃烧体隔墙和乙级防火门进行分隔，并应通过走廊相通。
7.0.4氧气贮气囊间、氧气压缩机间、氧气灌瓶间、氧气实瓶间、氧气贮罐间、液氧贮罐间氧气汇流排间、氧气调压阀间等房间相互之间应采用耐火极限不低于2.0h的不燃烧体隔墙和乙级防火门窗进行分隔。
7.0.5氧气压缩机间、氧气灌瓶间、氧气贮气囊间、氧气实瓶间、氧气贮罐间、液氧贮罐间、氧气汇流排间、氧气调压阀间等与其他毗连房间之间应采用耐火极限不低于20h的不燃烧体隔墙和Z级防火门窗进行分隔。
7.0.8灌瓶间的充灌台应设置高度不小于2m厚度大于或等于mm的钢筋混凝土防护墙。气瓶装卸平台应设置大于平台宽度的雨篷,雨篷和支撑应采用不燃烧体。
7.0.11氧气站内的氢气瓶间应设置在靠外墙,且有直接通向室外的安全出口的专用房间内氢气瓶间与相邻的房间应采用不低于2.0h耐火极限的无门、窗洞的不燃烧体墙体分隔;氢气瓶间设计应符合现行国家标准《氢气站设计规范》GB的有关规定。
03
风水电气及管道的强制条款
8.0.2有爆炸危险、火灾危险的房间或区域内的电气设施应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB的有关规定。催化反应炉部分和氢气瓶间应为1区爆炸危险区,离心式氧气压缩机间、液氧系统设施、氧气调压阀组间应为21区火灾危险区,氧气灌瓶间、氧气贮罐间、氧气贮气囊间等应为22区火灾危险区。
8.0.7与氧气接触的仪表必须无油脂。
8.0.8积聚液氧、液体空气的各类设备、氧气压缩机、氧气灌充台和氧气管道应设导除静电的接地装置,接地电阻不应大于。
10.01制氧站房灌氧站房、氧气压缩机间、氧气储罐间、液氧储罐间、氢气瓶间、液氧系统和氧气汇流排间等严禁采用明火或电加热散热器采暖。
10.0.4催化反应炉部分、氢气瓶间、氮气压缩机间、氮气压力调节阀间、惰性气体贮气罐间和液体贮罐间等的自然通风换气次数，每小时不应少于3次;事故换气应采用机械通风，其换气次数不应少于12次。排风中有氢气的氢气瓶间等的事故排风机的选型应符合现行国家标准《氢气站设计规范》GB的有关规定。
11.0.2厂区管道架空设时应合下列规定:
1.氧气管道应敷设在不燃烧体的支架上;
2.氧气管道专用的导电线路外，其他导电线路不得与氧气管道敷设在同一支架上;
11.0.3厂区管道直接埋地敷设或采用不通行地沟敷设时，应符合下列规定:
1.氧气管道严禁埋设在不使用氧气的建筑物、构筑物或露天堆场下面或穿过烟道;
2.氧气管道采用不通行地沟敷设时，沟上应设防止可燃物料、火花和雨水侵入的不燃烧体盖板;严禁氧气管道与油品管道、腐蚀性介质管道和各种导电线路敷设在同一地沟内，并不得与该类管线地沟相通:
3.直接埋地或不通行地沟敷设的氧气管道上不应装设阀门或法兰连接点，当必须设阀门时，应设独立阀门井;
4.氧气管道不应与燃气管道同沟敷设,当氧气管道与同一使用目的燃气管道同沟敷设时，沟内应填满沙子,并严禁与其他地沟直接相通;
11.0.4车间内氧气管道的敷设应符合下列规定:
氧气管道不得穿过生活间、办公室;
11.0.5通往氧气压缩机的氧气管道以及装有压力、流量调节阀的氧气管道上，应在靠近机器入口处或压力、流量调节阀的上游侧装设过滤器过滤器的材料应为不锈钢、镍铜合金、铜、铜基合金。
11.0.7氧气、氮气、氩气管道敷设在通行地沟或半通行地沟时，必须设有可靠的通风安全措施。
11.0.12氧气管道上的弯头应符合下列规定:
氧气管道严禁采用折皱弯头;
11.0.17氧气管道应设置导除静电的接地装置,并应符合下列规定:
厂区架空或地沟敷设管道,在分岔处或无分支管道每隔80m-m处,以及与架空电力电缆交叉处应设接地装置;
出车或用户建筑物处应设接地装置;
直接地设管道应在埋地之前及出地后各接地一次;
车间或用户建筑物内部管道应与建筑物的静电接地干线相连接;
每对法兰或螺纹接头间应设跨接导线，电阻值应小于0.03欧姆
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