深冷空分产氮氧的上限和下限

在工业气体领域，氧氮深冷空分始终是获取大规模、高纯度氮气和氧气的核心技术。无论是钢铁、化工，还是电子、新能源行业，但是我们业务经常会遇到这样的问题：我们只需要50L每小时的液氮，可以上深冷空分吗？或者你们一套深冷空分装置，氮气和氧气到底能做到多小，又能做到多大？液态产品的能力边界在哪里？投入与能耗是否匹配？今天，我们将围绕这些关键问题展开，从工程实际与业主投资视角，系统梳理深冷空分产氮产氧的上限与下限。

一、氧氮深冷空分的基本能力边界

所谓氧氮深冷空分，是指通过空气压缩、净化、低温液化和精馏，将空气中的氧、氮及少量氩分离出来，获得高纯气态或液态产品。
与PSA、膜分离等技术相比，它最大的优势是：规模越大，单位成本越低，纯度和稳定性越高。

但深冷空分也不是“随便放大或缩小”的工艺，要深思熟虑考虑自己的用量，避免在生产过程中的浪费。

二、气态氧和气态氮的最小与最大规模

1. 气态氧的能力范围

在工程实践中，一套真正意义上的深冷空分装置，气态氧的经济下限通常在：

≈ 200–500 Nm³/h（此处数据为大部分情况）

低于这个规模，设备投资、冷箱、精馏塔和压缩系统的固定成本无法被摊薄，经济性明显不如PSA制氧或小型液氧汽化方案。

在深冷空分中的核心设备——冷箱、精馏塔、板翅换热器、膨胀机、液氧泵——都有不可缩小的工程下限尺寸。比如精馏塔直径小于400–500 mm，传质效率会崩塌，而冷箱太小的话，保冷损失占比极高。

另外从能耗来看，太小的深冷设备几乎“无法盈利”。大型装置的能耗，氧气能耗 ≈ 0.38 kWh/Nm³，太小的设备氧气能耗常飙升到 0.9–1.2 kWh/Nm³，其成本不如直接购买液氧再汽化使用了。

而在上限方面，目前全球成熟空分装置单套规模已达到：气态氧 100,000–120,000 Nm³/h，对应钢铁联合企业或大型煤化工基地。再往上，通常采用多套并联，而不是无限放大单套设备。

2. 气态氮的能力范围

由于空气中氮含量高达78%，同一套装置中，氮气能力往往是氧气的2.5–3倍。
因此，深冷空分中：

• 氮气下限：约 500–800 Nm³/h
• 氮气上限：可超过 300,000 Nm³/h（大型化工或电子气体园区）

对业主而言，如果需求只有几百标方的氮气，深冷空分往往并不经济；不如直接选择PSA制氮设备，如果纯度要求更高的话，也可以相应选择加碳或者加氢纯化装置，也能达到高纯度。但当需求进入几千到几万标方连续用气区间，深冷工艺的成本优势开始显现，这时候我们会建议业主选择深冷空分。

三、液氮和液氧的规模极限

首先是液氧（LOX），液氧主要用于钢厂富氧、气体充装站、医疗及航天领域。

最小我们可以做约 6–10 吨/天；工业上限来讲，单套可达 2,000吨/天（也仅仅有全球排名前几的几家可做）；

再大的液氧需求，通常采用多套空分联合运行。

第二，液氮（LIN）液氮广泛用于食品速冻、电子、化工保护气和储能领域。下限在约 15吨/天，上限在单套可超过 3,000 吨/天，这也是为什么大型电子园区和工业气体公司，几乎全部采用氧氮深冷空分集中供液。

四、从业主角度看能耗与投资

1. 能耗区间（典型值）

以成熟空分技术为例：

• 气态氧：0.35–0.45 kWh/Nm³
• 液氧：约 0.6–0.8 kWh/Nm³
• 液氮：约 0.5–0.7 kWh/Nm³

规模越大，压缩机效率越高、冷量回收越充分，单位能耗越低，这是深冷空分“越大越省”的根本原因。

2. 投资与规模的关系

一套500 Nm³/h氧的小空分，投资往往接近一套1000 Nm³/h系统，这意味着：

在深冷空分领域，小不等于便宜，大才更具性价比。对于长期连续用气的业主，一次性上大规模，往往比分阶段扩建更经济。

所以结合氧氮深冷空分的上下限，业主在规划项目时，应重点考虑三点：

1、用气是否连续；如果是24小时稳定用气，深冷空分优势最大；如果间歇运行，能耗和冷量损失会放大。

2、需求是否超过工艺下限；氮气低于500 Nm³/h、氧气低于200 Nm³/h，通常不建议上深冷，而应采用PSA或液体外购汽化。

3、是否需要液态产品；一旦同时需要液氧和液氮，深冷空分几乎是唯一合理选择。

对业主而言，关键不是追求极限，而是让装置规模与自身用气负荷、能耗和投资回报匹配。只有在正确的区间内选择氧氮深冷空分方案，才能真正实现长期稳定、低成本供气的目标。当然社会技术和工艺都在不断发展，也许我们也能在某一天实现既经济又高效的小型深冷设备。