在美国工业界，大型低温空气分离装置（ASU）正吸引着新的投资，因为各公司竞相获取高纯度的氧气和氮气。这些大型工厂通过冷却和蒸馏空气来生产氧气（通常纯度≥99.5%）和氮气（纯度≥99.9%），通常还会伴生氩气。shengerhk.com<a href="https://www.mathesongas.com/plants-and-engineering/air-separation/#:~:text=Oxygenornitrogenproducedby,onlybycryogenicairseparation" target="_blank"在美国，传统行业和新兴清洁能源项目的需求正在推动空分装置 (ASU) 产能的激增。领先的气体供应商和制造商正在开工建设新的低温空分装置（例如，梅塞尔公司在阿肯色州投资 7000 万美元的工厂，以及空气产品公司在佐治亚州和北卡罗来纳州的新工厂），以满足不断增长的工业气体需求。推动这一趋势的关键因素包括：
- 炼钢脱碳：现代钢铁厂使用纯氧燃烧和精炼铁。高炉和碱性氧气转炉每小时消耗数千立方米纯度超过99%的氧气，此外，它们还使用氮气/氩气混合气体作为惰性气氛和铸造工艺的原料。新的脱碳策略（例如氢基还原、富氧燃烧结合碳捕集）仍然依赖于可靠的氧气供应。
- 化学工业增长：氨、甲醇、烯烃和其他化学品的生产需要大量的空气气体。无水氨装置需要空分装置（ASU）提供纯氮气（氢气与氮气结合），许多氧化反应（如环氧乙烷、过氧化氢等）也需要高纯度氧气。化肥和石化行业产能的扩张（包括绿色氨和甲醇项目）正在推动强劲的氮气/氧气需求。
- 清洁能源与氢能经济：扩大氢气在燃料和化学品领域的应用规模，会产生新的空分装置（ASU）需求。“绿色”氢气（通过电解制氢）可能会排放氧气，但生产绿色氨或燃料仍然需要空分装置提供氮气。富氧燃烧（富氧燃烧锅炉和气化炉）也用于碳捕获和生物能源，从而产生额外的氧气消耗。简而言之，不断发展的氢能中心和碳捕获项目都需要现场空分装置来供应超纯气体。
这些趋势的出现，正值政府支持工业脱碳（能源部数十亿美元的投资和税收抵免）以及企业积极推进相关计划之际。例如，美国能源部的项目已拨出数十亿美元用于清洁制造和氢能中心，这实际上提振了对空分装置提供的氧气/氮气基础设施的需求。investing.commesser-us.com.主要工业气体企业正在积极响应：空气产品公司 (Air Products)、梅塞尔公司 (Messer) 和马西森公司 (Matheson，日本酸素株式会社 (Nippon Sanso)) 已宣布推出新型低温空分装置 (ASU)，而贝克休斯 (Baker Hughes) 收购 Chart Industries 等并购案则表明，企业正战略性地聚焦于低温技术。openpr.commesser-us.com.
钢铁行业：氧气需求与脱碳
钢铁行业仍然是低温空气分离装置 (ASU) 的最大单一用户。综合钢厂将纯度超过 99% 的氧气吹入高炉和碱性氧气转炉，并在铸造和热处理过程中循环氮气和氩气以提供惰性气氛。例如，在高炉热空气中富集额外的氧气（至约 30-40%）可显著减少焦炭用量并提高生产率。shengerhk.com同样，现代氧气转炉每次熔炼都会向钢液中注入数千立方米的氧气（O₂）以氧化杂质，如果没有空分装置（ASU）提供高流量、高纯度的氧气，这一过程是无法实现的。在连铸过程中，来自空分装置的氩气被鼓入钢液中以去除夹杂物，氮气（N₂）则用于保护气体层。几十年来，所有这些工艺都依赖于集中供应的空分装置气体。
在推进脱碳进程中，钢铁制造商正在探索氢能和富氧燃烧技术——但即使是这些策略也需要空分装置（ASU）。氢基还原通常仍与炉内富氧工艺并行，而“富氧燃烧”（用纯氧燃烧碳氢化合物）几乎可以捕获废气中的所有二氧化碳。因此，氧气加热工艺加热器和废气燃烧器（由空分装置支持）可以降低排放强度。即使是废钢电弧炉也使用空分装置提供的氧气进行燃烧器加热，而空分装置提供的氮气则有助于净化二次冶金工艺。简而言之，任何旨在实现低碳生产的美国钢铁厂都需要厂内或附近配备低温空分装置，以供应纯氧和惰性气体。新建钢铁项目和改造项目（例如美国钢铁公司的大河工厂扩建项目等）正在与气体供应商合作，以确保获得专用的空分装置产能。正是由于这种长期需求，钢铁公司和能源部支持的项目都强调建设低温空分装置。
化工行业：氮和纯度要求
化学工业是空分装置需求的另一大支柱。从氨和化肥到石油化工产品和玻璃制造，大宗化学工艺都需要大量高纯度气体。氨合成（用于生产化肥和绿色氢载体）需要纯氮气与氢气混合；这些氮气（通常为数百立方米/小时）来自低温空气分离。同样，氢气生产本身也可以在重整或自热过程中使用空分装置的氧气。大型氯碱和烃氧化装置在反应器中消耗氧气来生产环氧乙烷、环氧丙烷、苯乙烯和其他中间体。当化工生产商扩大产能或转向更清洁的生产方式（例如电气化工艺）时，他们通常需要额外的空分装置供应。
近期的行业投资凸显了这一趋势。例如，美国的化工企业宣布了新的蓝氨和绿氨项目；所有这些项目都集成了新的空分装置（ASU）来提供氮气。戴夫·唐纳森维尔项目（CF Industries 和蒂森克虏伯）将采用电解+哈伯-博世法，利用空分装置提取氮气，每年生产2万吨绿氨。decarbonfuse.com。同样，甲醇和合成燃料工厂通常也会将空分装置与工厂配套建设，以捕获空气成分，而化工园区可能会建造多气体低温装置来为多个装置提供服务。位于阿肯色州的梅塞尔空气分离装置 (ASU) 就是一个近期案例，该装置专门为满足金属和化工行业“日益增长的工业气体需求”而建messer-us.com。其生产的氧气和氮气将供应当地的化肥和石化企业。总的来说，任何化工综合体的扩建或向更清洁化学品（可再生甲醇、绿色聚合物等）的转型都会推动新的空气分离装置投资。
清洁能源与氢能经济
清洁能源转型正在为空气分离装置（ASU）创造新的需求模式。随着绿色氢、绿色氨和其他能源载体规模的扩大，对高纯度空气气体的需求也日益增长。电解槽生产纯氢（用于燃料电池或氨生产）的同时，也会产生高纯度氧气作为副产品——但除非这些氧气得到利用，否则通常会被排放。实际上，电解槽项目有时会计划重复利用或出售这些氧气（例如用于废水处理或作为工业氧气），这增加了对空气分离装置的需求。更直接地说，向氢能经济转型意味着需要建设规模更大的氨和燃料工厂，而这些工厂需要空气分离装置提供的氮气。氢能中心的扩张（近期在联邦政府的资助下得到推动）也间接提高了对空气分离装置的产能需求；在任何大型氢/氨项目中，空气分离装置都是提供所需氮气或氧气的标准合作伙伴。
来自空分装置的氧气对于多种碳捕获和低碳燃料工艺也至关重要。富氧燃烧发电厂和气化炉依靠纯氧气燃烧燃料，并尽可能减少氮气的产生。例如，生物质能和垃圾发电项目可以利用空分装置产生的氧气，在可控的低氮气条件下生成合成气。这种富氧燃烧产生的二氧化碳气流接近纯净，更容易被捕获。类似地，直接空气捕获装置有时也使用氮气（来自空分装置）来清除捕获的二氧化碳或再生吸附剂。换句话说，清洁能源和脱碳技术——无论是氢气合成还是碳捕获——通常都集成低温空分装置来提供所需的纯净气体。
近年来，许多公告都将空分装置（ASU）与氢能经济联系起来。除了上文提到的氨项目外，空气气体公司也在积极布局氢能领域：例如，林德集团和空气产品公司是美国多个氢能枢纽集群的关键供应商。其中，空气产品公司正在其位于密西西比州墨西哥湾沿岸的氢能综合设施中建设一座巨型空分装置，旨在生产清洁的氢气和氦气。马瑟森（日本酸素）最近与日机装公司签订合同，在拉斯维加斯建造一座新的空分装置（预计2027年投入使用），专门为不断增长的西海岸氢能、电子和能源市场生产氧气、氮气和氩气。gasworld.com。这些举措体现了更广泛的清洁能源战略：建造低温空分装置，为未来氢能产业奠定基础。
分离技术比较
空气分离技术的选择取决于所需的规模和纯度。低温空气分离装置 (ASU) 主要用于高产量和超高纯度应用，而变压吸附 (PSA) 和膜分离系统则适用于较小或中等规模的应用。下表比较了典型性能：
| 技术 | 典型尺度 | O₂纯度 | N₂纯度 | 能源消耗（每单位氧气） |
|---|---|---|---|---|
| 低温空气单元 | 非常大：100–5,000+吨/天（数千Nm³/小时） | ≥99.5% O₂（液态 O₂），≥99.9% N₂，并伴生 Ar | ≥99.9% | 高能量（约400-600千瓦时/吨氧气），但规模化生产性能更佳。 |
| PSA (adsorption) | 小型至中型：约 10–1,000 Nm³/h | 氧气含量最高可达 90–95% | ~95–99.5% N₂ | 中等（相当于约 200–300 千瓦时/吨 O₂） |
| 膜分离 | 小型：数十至数百 Nm³/h | 低浓度，通常低于 50% O₂ | ~90–99% N₂ | 较低（但纯度和产量有限） |
低温空气分离装置（ASU）采用低温蒸馏塔，通常用于集中式连续操作。它们需要较高的投资和电力，但可以实现大批量生产，并可灵活调节纯度，同时还能联产氩气。变压吸附（PSA）系统（通常用于医院或小型实验室的现场）通过切换吸附床来产生中等纯度的氧气或氮气；它们启动迅速，但无法达到低温装置的超高纯度或产量。膜分离装置（更常用于制氮）使压缩空气通过选择性聚合物膜，具有占地面积小、维护成本低的优点，但产量有限。
实际上，任何每天需要数千吨氧气/氮气的大型钢铁厂或化工厂都会选择低温空分装置。大型低温分离装置可实现规模经济——随着产能的增长，单位气体消耗的电力减少——这使得它们对大型工业用户来说更具成本效益。minnuogas.commathesongas.com.相比之下，规模较小的制造企业或医疗机构可能更倾向于采用变压吸附 (PSA) 或液体输送方式来提高灵活性。现代低温设计还融合了数字控制和能量回收技术（例如，改进的热交换或废热发电），以提高效率。一些空分装置甚至将低温和膜/PSA元件结合起来，以适应不断变化的需求或在部分负荷下降低能耗。
展望：脱碳及其对行业的影响
低温空分装置（ASU）对美国工业脱碳进程至关重要。它们能够支持耗氧量大的工艺（例如富氧燃烧、氢基冶金和清洁化学合成），并提供新型燃料所需的纯净气体，从而助力各行业实现减排。国家政策也在强化这一趋势。例如，美国能源部宣布，将在2024年拨款约60亿美元用于先进制造和氢能项目，明确目标是减少钢铁、水泥和化工厂的温室气体排放。此类资金，加上清洁氢能的税收优惠（45V税收抵免），鼓励企业投资于包括空分装置在内的配套基础设施。
与此同时，领先的工业气体公司正在积极扩张产能。贝克休斯公司于2025年以约136亿美元的价格收购Chart Industries，创下历史新高，凸显了低温能力和氢气基础设施的扩张openpr.com。空气产品公司也承诺投入数十亿美元用于新建空分装置和氢气生产线。甚至像埃克森美孚和雪佛龙这样的能源公司也在探索“蓝色”氢能中心，这些中心依靠空分装置提供的氧气用于蒸汽甲烷重整器，并依靠氮气进行碳捕获。
对于技术专业人员而言，信息很明确：美国正迈向一个时代，在这个时代，吉瓦级工业流程需要同样庞大的纯净气体供应。设计下一代钢铁厂或炼油厂的工程师必须规划现场低温空分装置（ASU）。工厂运营人员可以预期，空分装置将与可再生电力（以降低空分装置的电网负荷）以及碳捕集系统（利用空分装置产生的氧气生产纯净的二氧化碳流）更紧密地整合。低温空分装置的日益普及也凸显了能源优化方面的机遇——诸如变速压缩机、先进涡轮机或混合系统（低温+吸附）等创新技术可以进一步提高效率。
总而言之，美国工业界之所以投资低温空分装置，是因为这些装置是现代钢铁制造、化工生产以及新兴清洁能源应用所需的大量超纯氧气和氮气的唯一可行来源。这一投资趋势反映了多种因素的共同作用：老化的空分装置亟需更新换代、脱碳项目需求激增以及有利的政策环境。因此，在可预见的未来，低温空气分离技术仍将是重工业和能源转型的重要支柱。
