模块化低温空气分离装置 (ASU) 的应用为需要高纯度氮气和氧气的行业提供了一种极具吸引力的解决方案。模块化设计能够加速部署、实现战略性规模化，并能精准适应不断变化的生产需求。本文探讨了此类装置的关键工程原理、模块化设计优势、性能指标和应用场景，重点关注高纯氮气和氧气生成。
1. 模块化低温空气分离装置的原理
低温空气分离装置本质上是利用大气中各组分沸点的差异来实现分离。大气首先被压缩，然后经过一系列热交换器进行净化（去除水分、二氧化碳和碳氢化合物），并冷却至低温。在由此产生的蒸馏塔中，氧气（沸点 -183°C）和氮气（沸点 -196°C）通过热力分离。
模块化配置中，整个冷箱、蒸馏装置及相关设备均采用预制件或撬装式结构，在异地进行测试后运至现场，以便快速集成。据领先供应商称，此类模块化装置的可靠性接近 100%。林德工程+1
2. 模块化低温空气分离装置的主要优势
2.1 快速部署和缩短安装时间
模块的预制——包括板翅式换热器、冷箱和控制系统——可减少土建工程和现场协调时间。一家供应商的报价中提到“专为公路运输设计的冷箱尺寸”和“经过工厂测试的集装箱式控制系统”。林德资产
2.2 可扩展性和灵活性
模块化单元可以按容量系列进行选择，例如，一个产品组合中即可提供从 10,000 到 100,000 Nm³/h 的标准氮气流量。林德工程 这使得用户能够根据需求匹配产能，而不是过度设计整体式工厂。
2.3 高纯度和可靠性
模块化设计支持高纯度氧气（≥99.5%）和氮气（<1ppm O₂）的生产，使其适用于要求苛刻的应用。Siad Americas+1 内置冗余和模块化备份系统提高了可用性。
2.3 高纯度和可靠性
模块化设计支持高纯度氧气（≥99.5%）和氮气（<1ppm O₂）的生产，使其适用于要求苛刻的应用。Siad Americas+1 内置冗余和模块化备份系统提高了可用性。
下表总结了配置用于高纯氮气和氧气的模块化低温空分装置的典型性能参数：
| 范围 | 典型值 | 评论 |
|---|---|---|
| 氧气产品纯度 | ≥ 99.5 % O₂ | 适用于冶金/化工用途 |
| 氮产品纯度 | ≥ 99.999 % N₂ | 用于半导体、电子或惰性气体 |
| 氮气流量 | 10,000 – 100,000Nm³/h（模块化范围） | 标准模块化系列的典型特征 林德工程 |
| 氧气流量 | 1,000 – 50,000Nm³/h（模块化范围） | 来自供应商组合 林德工程 |
| 单位能耗（kWh/Nm³） | 约 0.30–0.60（因地点而异） | 取决于负载、配置和环境条件 |
| 启动时间（模块化） | 以周而非月为单位。 | 预制模块缩短工期 |
| 减少足迹 | 与传统现场建造相比，约减少 30-50%。 | 由于采用撬装式和模块化布局 |
注：能耗数据仅供参考。实际安装能耗（kWh/Nm³）取决于环境温度、工厂负荷率、压缩机效率、冷箱设计和保温水平。研究表明，模块化设计有助于降低全生命周期拥有成本。林德资产+1
4. 模块化低温空气分离装置的工程考虑因素
4.1 冷箱和换热器设计
该装置的核心部件是低温换热器（通常为板翅式）和蒸馏塔。模块化设计必须确保最小的热损失、坚固的结构和便于维护。
4.2 控制、自动化和远程监控
鉴于高纯度要求和全球服务覆盖范围，许多模块化装置集成了 PLC/SCADA 系统和远程监控功能。供应商资料指出，空分装置 (ASU) 采用“先进的基于 PLC 的工厂控制系统……远程监控和诊断”。Siad Americas
4.3 纯度保证和启动/停机策略
高纯氮气（O₂<1ppm）需要对进料空气进行严格的净化（分子筛、活性炭、除湿）以及稳定的蒸馏条件。启动和停机程序应精心设计，以避免污染并保护内部部件。
4.4 Integration into plant and industrial ecosystem
Modular units must match upstream (air‑compression, feed‑air pretreatment) and downstream (gas distribution, storage, vaporisers) systems. In mineral, steel, battery gigafactory or glass applications, effective integration is key to achieving the promised benefits.
5. 模块化低温空气分离装置的应用场景
模块化低温空分装置（ASU）在生产高纯度氮气和氧气方面具有显著优势，尤其适用于以下行业：
- 钢铁厂和玻璃厂，高纯氧可以增强燃烧或熔化过程。
- 锂电池超级工厂，其中在电极形成过程中使用高纯氮气进行惰性气氛控制。
- 半导体和电子产品制造行业需要超高纯度氮气和惰性气体。
- 需要大量天然气供应的石油化工和化工联合企业，但更倾向于快速的项目进度和模块化部署。
6. 为什么选择模块化低温方法？
传统的大型空分装置虽然高效，但通常涉及漫长的工程、采购和施工 (EPC) 周期、较高的土建成本以及较低的灵活性。模块化低温解决方案具有以下优势：
- 更短的交付周期和更快的上线速度
- 降低安装和调试风险
- 通过添加模块可以更轻松地进行扩展。
- 更适用于高纯度、大批量应用
正如技术评论中所述，尽管低温空气分离的前期投资高于变压吸附 (PSA) 工艺，但当需要纯度 >99.5% 和大批量处理时，低温空气分离仍然是首选工艺。– Minnuo+1
7.展望与结语
随着从电池制造到先进材料等领域对高纯度工业气体的需求持续增长，模块化低温空气分离装置将日益成为现场制气策略的关键组成部分。其可扩展性、模块化和高纯度的完美结合，使其成为寻求稳健、可部署解决方案的工程团队的理想之选。对于技术工程师和研究人员而言，模块布局、换热器设计、压缩机集成、控制架构和生命周期成本优化等方面的关注程度将决定项目的成败。
总之，专为高纯度氮气和氧气制备而设计的模块化低温空气分离装置，为严苛的工业环境提供了先进的解决方案。通过将成熟的低温蒸馏原理与模块化工程相结合，终端用户可以实现高性能、快速部署和可扩展的增长。
