深冷制氮—空分技术的起源和发展

深冷制氮空分技术经历了百余年的发展，其核心是利用低温精馏原理将空气中的氮、氧等组分分离，制备高纯度液氮和气态氮气。本文将从技术起源、液氮需求、国内最早厂商、未来发展及其他影响因素等方面展开，总结深冷制氮空分技术的发展脉络与未来趋势，为相关企业和研究机构提供参考。

一、深冷空分技术的起源

我们知道，气体与液体是可以互相转化的。那么我们呼吸的空气有没有可能在特定的条件下变成液态呢？十八世纪的科学家们开始思考起了这个问题。

到了1877年，氧气的液化终于取得突破法国科学家卡里叶，首先将氧气压缩到300个大气压，随后冷却至常温，节流膨胀得到氧气液滴。终于人类首次通过深冷工艺，液化了一种曾经的“永久气体”，在此后的过程中一系列气体被液化，直到1908年荷兰科学家昂尼斯成功液化氦气，至此，历经接近80余年，人类完成了对所有气体的液化。

在液化空气这个领域不得不提到一个非常重要的人，那就是林德。经过多年的努力，1877年，林德终于制造出了第一台以氨气为工作介质的制冷机组。不久后林德开始创业，成立了著名的林德公司，这个公司几经改组一直延续到今天。时间到了1895年林德利用焦耳-汤普森效应成功地制出了世界上第一台空气液化装置。可以说林德在制冷领域的贡献与瓦特对蒸汽机的贡献相当。相比之下，瓦特更像是一个工程师，林德则是工程科学家，理论功底更加扎实。

1902年，林德建造了世界上第一座工业化氧气空分厂，标志着深冷精馏法的诞生。该装置采用多级压缩和膨胀循环，将空气冷却至低温后进行分馏，首次实现了工业规模的氧气分离。

二、需求驱动使得液氧技术迅猛发展

20世纪初，工业革命浪潮汹涌，对工业气体的需求发生了质的转变。合成氨（哈伯-博世法，1913年工业化）作为化肥与炸药的基础，需要消耗巨量的氢气，而氢气的最佳来源正是通过深冷分离从水煤气或焦炉气中获取，这一过程极度依赖液氮提供的深冷环境（用于冷凝分离一氧化碳等杂质）。同时，新兴的钢铁工业对氧气的渴望也急剧攀升，氧气顶吹转炉炼钢技术极大地提高了效率和品质。此外，迅速发展的航空航天、电子工业对高纯度氮气（用于惰性保护）及稀有气体（氩、氖、氪、氙等）的需求也呈爆发式增长。正是这些强劲的工业需求，特别是对液氮作为核心冷源和产品的双重需求，成为推动深冷空分设备大型化、高效化发展的核心引擎。

从此之后，深冷空分制取液氮液氧这项技术，开始迅猛发展，在后面的几百年里不断升级迭代，成为了如今在各行业中都发挥重要作用的技术。

三、深冷空分技术在中国内的发展

杭氧作为中国空分行业的奠基者与持续领跑者，于1953年成功仿制出国内第一台30m³/h制氧机，1958年又研制出中国第一台3350m³/h空分设备，开启了国产大型空分设备的征程。数十年来，杭氧不断突破，在特大型空分领域达到世界先进水平。

开封空分集团有限公司同样创建于建国初期，开空是我国空分设备的重要生产基地之一。尤其在六十年代及以后，在中小型空分、石化领域空分以及稀有气体提取设备方面形成了特色和优势，为国民经济发展做出了重要贡献。

这些先驱的发展和对深冷技术的研究，使得中国在整个世界的空分市场也有一席之地，并且拥有重要的话语权。

面对全球能源转型，深冷空分也正面临着重要的改革。未来浙江盛尔气体设备也会投入更多的研发在深冷空分技术上面，来研发更低能耗的流程，比如更高效的精馏塔、换热器和膨胀机等。

并且随着AI、大数据、物联网的发展，我们也需要随着行业先驱一起，积极推动设备实现生命周期的智能监控，远程运维和优化运行，来提高深冷制氮空分技术的安全性和可靠性。

综上所述，深冷制氮空分技术自卡尔·冯·林德创立以来，经历了从单一制氧到制氧制氮并举，再到大规模液态产品生产的演变过程。国内厂商如杭氧、开空等，凭借引进与自主创新相结合，推动了中国深冷制氮空分装备的自主化和规模化发展。展望未来，随着数字化、节能化和环保要求的不断提升，深冷制氮空分技术将在智能化、模块化和绿色低碳方向上迎来新一轮发展机遇。