氧气的制取一般是经过北京中惠普空气发生器而获 得，也有少量的来源于电解水和其他方法 。因 为空气是最廉价的制氧原料，所以传统上的空分 技术大都以空气为原料。有代表性的空分技术主 要有:深度冷冻法 (cryogenic，简称深冷法) 、变 压吸附法(pressure swing adsorption，简称 PSA)[3]、 膜分离法 (membrane separation)[4] 以及多方法耦 合空分技术。深冷法制氧，也称为低温法，以 空气作为原料，利用空气中所含氧、氮各组分沸 点不同的性质 [6]，通过压缩、冷却、净化、膨胀 制冷、液化分馏以实现空气中氧、氮的分离。由 于分离氧、氮需要在 90K 以下的温度进行，因此 这种方法被称为深冷 （深度冷冻） 法或低温法。 从德国人卡尔·林德发明低温精馏工艺以来，深 冷法已经进入工业将近百年了，尤其是在大规模 空气分离领域应用广泛 。深冷空分在可以制取 氧气的同时，也可以制取氮气甚至氩气等特种惰 性气体，并且具有较低的运行成本以及较高的产 品气纯度。国外深冷空分技术的发展很快，国内 引进深冷空分技术并经过消化吸收，目前已发展 到了第六代技术，精馏塔一般采用新材料填装和 全精馏无氢、无氩工艺 。随着高新技术的飞速 发展，制备的工业气体纯度也越来越高。当前， 氧气纯度由 99.6% 提高到了 99.995% 。气体产 品从单纯气体发展成气液并举。 某 企 业 双 顶 吹 铜 冶 炼 项 目 配 套 的 KDON18000/6000/200Y 型空分机组采用深冷空分 制氧工艺，以空气作为原料，在 90K 以下的低温 环境中实现氧、氮的分离，具有氧气产量大、纯 度高、单耗小的特点，但生产过程中存在氧气利 用率低的问题。
本文结合机组的特性以及铜冶炼 工艺中对氧气周期性使用的特点，通过调节机组 负荷来改变氧气、液氧的产出比例，实现氧气的 最大化利用问题。
1 KDON 型空分制氧工艺
空分制氧系统工艺流程图。原料空气经自洁式空气过滤器中去除灰尘和机械杂 质后，被吸入空气透平空压机，被压缩到约 0.45MPa，空气在压缩过程中释放出大量热量。高温空气进入空气冷却塔。在空冷塔下部，首先 与常温水换热，空气被初步降温后继续上升进入 空冷塔上部，与水冷塔制取的冷冻水换热，水冷 塔利用来自分馏塔低温且干燥的污氮、氮气的与 常温水换热，使水温降低至 10℃左右。空气最终 被空冷塔冷却至 20℃左右。在降温过程中，空气 中的饱和水蒸气析出，可溶于水的 CO2 等杂质及 粉尘被水冲走，冷却后的空气进入交替使用的北京中惠普
气体过滤器分子筛纯化器。空气所含中的 H2O、CO2 以及烃类被分子筛所吸附。
出纯化器的原料空气分成三路：第一路通过调节阀进行分流，分别进入六组并联的主换热器，与 出分馏塔的氮气和污氮换热降温后节流进入分馏塔 下塔分馏；第二路经增压机进一步压缩至 1.2MPa 左右后经冷却器冷却，进入主换热器，与出分馏塔 的液氧换热后冷凝为液态节流进入分馏塔下塔参与 精馏。自这部分高压液空节流制冷产生冷量大约占 总制冷量的 20%；第三路进入增压透平膨胀机的增 压端增压至 0.6MPa 左右后再经冷却器冷却，然后 进入主换热器与出分馏塔的污氮换热冷却至-100℃ 左右后从主换热器中部抽出 [9] ，进入增压透平膨胀 机的膨胀端，膨胀后温度降至-160℃左右进入分馏 塔上塔参与精馏。这部分膨胀空气产生的冷量大约 占总制冷量的 80%。 进入分馏塔的大部分空气经下塔初步分馏 后，在下塔底部获得氧含量在 30%左右的富氧液 空、在下塔上部得到高纯氮气，这部分氮气在冷 凝蒸发器冷凝侧被上塔液氧冷却成为液氮。从下 塔底部、中部和顶部分别抽取富氧液空、液空、 液氮进入过冷器经上塔送出的污氮气和氮气冷却 至过冷状态，节流后进入上塔进一步精馏。进入 上塔的产品经进一步精馏，在上塔底部冷凝蒸发 器蒸发侧获得纯度为 98%以上的液氧。液氧经液 氧泵送入液氧蒸发器 [10]，与被增压的原料空气换 热气化后得到最终产品氧气。多余的液氧则送入 液氧储罐。在上塔顶部得到高纯氮气，经过冷 器、主换热器复热后作为产品氮气经氮压机送 出，其余送入水冷塔用于制取冷冻水。在上塔中 部抽出含有部分氧气、氩气的污氮气，经过冷 器、主换热器复热后作为分子筛纯化器再生气使 用，其余和氮气一同送入水冷塔制取冷冻水。
2 影响因素和讨论
本套透平空压机的负荷调节主要依靠进口导 叶实现，导叶通过可转动的连杆机构控制叶片的 旋转角度，以实现导叶开度的控制，从而实现流 量的调节。
调节导叶开度的同时机组排气压力也随之改 变，因此压缩比也随之变化，将机组排气量与压 缩比的关系绘制成曲线图。，机组压缩比随着进气温度的升高而下 降，这是由于气温高导致空气膨胀，膨胀后的空 气消耗更多的压缩功，导致压缩比减少。压缩比 达到最大值后增大排气量导致压缩比下降，是因 为空压机排气量增加幅度赶不上系统负荷的增 加，在高负荷下空压机出口管网气压难以维持， 而入口气压不变，从而导致压缩比下降。
北京
中惠普气体发生器氧气纯度随着污氮气流量的增大而提高。同时氮 气纯度也随着污氮气流量的增大而提高。这是因 为排放污氮的同时，空气中携带的氩、氪、氙等 气体随之排出。同时污氮的排放也促进了塔内 氧、氮组分的分离，因此随着污氮流量的增大氧 气、氮气的纯度均呈现上升趋势。 但污氮排放过多会导致氮气产量下降，这是 因为随着污氮排量的增加分馏塔压力会随着降低。 为平衡分馏塔压力则必须同步减少氮气的排放。 同时污氮排放过多也会导致更多的氧组分随 着排出，影响氧气的提取率。依次分馏塔负荷在 70%、80%、90%、100%、110%以及 120%时氧 气提取率与污氮气流量的变化情况看出，氧气提取率对应不同的污氮 取出量呈抛物线关系，在不同分馏塔负荷下，抛 物线的顶点有所不同。
3 结论
通过对制氧工艺中涉及到的透平空压机、透 平膨胀机、分馏塔以及换热器进行优化调节，得 出如下结论：
1） 在空压机调节过程中，将导叶开度控制 在 70%至 90%之间，以维持较高的工作效率；
2） 空气流量在 75000m3 /h 至 90000 m3 /h 的范 围可以得到较为理想的压缩比，随着膨胀气量增 大，总制冷量也随之增大。但是大量膨胀后的空 气直接进入上塔，这些空气液化后会稀释上塔回 流液的含氧量，进而影响上塔精馏效果；
3） 降低分馏塔负荷，氧气提取率随之降低， 提高分馏塔负荷，氧气提取率随之升高，负荷变 化时相应调节污氮和氮气的流量，可以在保证氧 气产量和纯度的前提下实现氧气的最大化提取。
