变压吸附制氧设备在国内的现状与应用
四川科易科技
一、企业简介
四川科易科技成立于2000年，位于中国气体分离汇集地——成都，是一家专业从事气体分离与净化技术的研究开发的科技型公司。公司拥有科技开发楼、气体分离装置组装厂和旗下控股特种阀门厂。为用户提供变压吸附制氢,制氮,制氧,提纯或脱除二氧化碳,多晶硅尾气分离回收净化回收氯乙烯尾气,天然气净化,脱水等气体分离,提纯,净化技术和装置以及技术改造；程控阀,吸附剂维修,更换服务和工程设计等。产品广泛用于石油、天然气、化工、冶金、轻工等行业，获ISO9001认证和特种设备制造许可。
公司气体分离净化装置和技术涉足十一大领域，并先后推出：易氢系列——各种规模新型制氢装置；易氮系列——各种规模新型制氮机；易CNG净化系列——各种压力CNG全自动净化干燥装置等。科易净化装置具有性能稳定、性价比高、紧凑集成、占地少寿命长、操作控制简单、节能环保等特点受到成套商和广大用户的共同认可和高度评价,各项指标较传统气体分离技术有着质的飞跃，是对传统气体分离技术的一次“革命”，被誉为“新一代气体分离装置”和“未来中小装置发展方向”，成为国内最具创新精神和发展前景的气体分离与净化供应商。
公司的创新技术来源于长期专注气体分离和净化技术的发展；汇集了从事气体分离净化研制和开发20余年的工艺、自控仪表、阀门、
设备制造等志同道合知名专家；并借鉴依托国外最新技术并不断自主创新开发。公司现拥有六大气体净化技术和专利（统称“易气”技术），能为用户提供各种技术咨询、工程实施方案和具有特色的各种工业气体净化装置。
科易公司一直以来都与广大高校、科研院所、技术人才保持密切联系，如西南院、南京化工大学吸附剂研究所、复旦大学吸附剂研究中心、四川大学、成都理工大学和中国科学院大连物理化学所相关和基础研究单位；还与化工部甲级设计院有着长期、稳定的合作关系，并得到广大合作方的认可。
科易以“诚信、专业”作为企业文化；以为用户提供高性价比的产品和满意服务为目标；以做最有创新技术的产品来服务客户。专注气体净化技术，突破科技创新！科易人将把“易气”技术推广应用在更多的气体分离净化领域，为中国的复兴贡献自己的力量！
一．科易产品在节能减排与新能源应用
1.制氢装置上应用：氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以
来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。采用变压吸附方法通过分子筛和程控阀将介质为：变换气、精炼气、半水煤气、城市煤气、焦炉气、发酵气、甲醇尾气、甲醛尾气、乙炔炭黑尾气、电解副产气、氨裂解气、甲醇裂解气、冷箱尾气等富含氢介质中提纯氢气可达99.999%，用于各种工业和能源项目。
2.在氯碱行业应用：氯碱分馏尾气中氯乙烯和乙炔PSA法回收——节能，净化后氯乙烯≤36mg/m3,乙炔≤120mg/m3，达到国家排放标准——减排。
3.焦炉煤气和能源项目应用：煤炼焦，焦炉尾气提纯甲烷制液化天然气（LNG），采用等压变温TSA干燥预处理焦炉煤气。
4.在磷矿行业应用：黄磷尾气TSA和PSA法提取CO制草酸、甲醇、甲酸钠、二甲醚等，中国磷矿产量居世界首位，绝大部分燃烧排空，给环境造成污染同时浪费大量CO资源，《黄磷工业污染排放标准》2010.10.1起执行，既利用了CO又减少了环境污染。
5.在多晶硅新能源行业应用：多晶硅合成尾气含HCL、H2、SIHCL等，可回收进行再利用降低能耗，减少三废的排放量。
https://www.doczj.com/doc/4113874669.html,G天然气净化：CNG天然气净化、干燥，CNG前置脱水，后置脱水气体干燥等。
7.在碳减排项目应用：可从以下介质：石灰窖尾气、发酵气、变换
气、天然气矿井气、烟道气等通过PSA法提纯CO2制成干冰。二氧化碳与氢气做原料，可生产甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料；作为油田注入剂可有效地驱油和提高石油的采油率；注入地下难于开采的煤层，使煤层气化，获得化工所需的合成气体和居间物；保护电弧焊接，既可避免金属表而氧化，又可使焊接速度提高大约9倍；烟丝膨化和食品保鲜、食品添加人工干冰降雨，萃取剂等。
二．科易气体分离净化装置涉足11大领域
1.提纯氢气（PSA-H2）装置用于从各种含氢混合气中回收纯氢气的气体分离装置上，其原料介质为：变换气、精炼气、半水煤气、城市煤气、焦炉气、发酵气、甲醇尾气、甲醛尾气、乙炔炭黑尾气、电解副产气、氨裂解气、甲醇裂解气、冷箱尾气、天然气制氢等；石化行业从烃类转化、变换气、重整尾气、催化干气提回收氢气，用于汽柴油、苯加氢精制、柴油加氢改质、干气制氢、蜡油加氢、催化汽油选择性加氢。煤化工行业焦炉煤气制天然气（LNG）、煤层气提浓、煤焦油加氢、煤气提氢提一氧化碳等等。
https://www.doczj.com/doc/4113874669.html,G天然气净化
CNG天然气净化、干燥，CNG前置脱水，后置脱水气体干燥等。
3. 氯乙烯回收净化装置氯碱分馏尾气中氯乙烯和乙炔PSA法回收，净化后氯乙烯≤36mg/m3,乙炔≤120mg/m3，达到国家排放标准排放。
4. 多晶硅尾气回收利用：多晶硅合成尾气含HCL、H2、SIHCL 等，可回收进行再利用降低能耗，减少三废的排放量。
5.提纯二氧化碳（PSA-CO2）装置
从各种富含二氧化碳混合气体中回收纯二氧化碳的装置上，其原料介质为：石灰窖尾气、发酵气、变换气、天然气矿井气、烟道气等。
6.提纯一氧化碳（PSA-CO）装置
用于从各种富含一氧化碳混合气体中回收纯一氧化碳的装置上，其原料介质为：半水煤气、水煤气、铜洗再生气、高炉气、黄磷尾气、德士古炉煤气等。
7.脱除二氧化碳（PSA-CO2/R）装置
用于合成氨、尿素、甲醇生产流程中的脱碳以及其它需要脱除二氧化碳的装置上
8.制纯氮（PSA-N2）装置
用于自空气中分离提纯氮装置上。
9.制富氧（PSA-O2）装置
自空气中分离提富氧，适用于各种工业窖炉供氧装置，阀门开关小于1秒。
10.浓缩甲烷（PSA-CH4）装置
用于从瓦斯气体中回收和浓缩甲烷装置；煤层气提浓。
11.脱除乙烷以上烃类组份（PSA-C2/R）装置
脱除天然气、油田伴生气中C2以上烃类，提取纯甲烷。
六大“易气”技术，领先同行！
1.气体分配技术：
采用先进的气体分配器取代普通程控阀，使整个装置占地面积减少50%，程控阀控制点（以四塔制氢为例）减少80%和大量配管，
控制阀门集成化，管道配制简单化，控制系统实用化，大大提高装置的运行可靠性和运行成本。独有技术已申报发明专利。
2．吸附器技术：
吸附器结构与众不同，产品、原料气管全部在吸附塔底部；独特的过滤和气体旋风分离技术包含其中，减少了吸附剂的磨损和死空间，解决了吸附热的平衡问题，效率更高，节省投资和彻底解决吸附剂粉化问题。吸附塔结构已获国家专利。
3．分子筛分层固定（装填）技术：
一改普通大众化的吸附剂装填方法，防止分子筛粉化和沸腾，在吸附剂装填和吸附器结构设计时充分考虑，使吸附剂同比装填量增加20%，使用效率提高30%；吸附剂寿命延长5年并不需补充。
4．筛选高性能吸附剂：
吸附剂生产厂很多，其原料和工艺不同导致产品性能相差很大，公司通过吸附剂性能测试仪和中试装置进行测试，筛选出几十种高性能吸附剂供选用。
5．工艺控制技术：
工艺技术本着实用高效可靠原则，通过特有技术简化了工艺流程和控制点，从而实现大型净化装置小型化；阀门管道集成化；固定装置撬装化；设备预制标准化；仪表控制模块化；这样大量节省安装时间、省去现场配管和装置一次性投入，提高产品性价比，为客户带来更多实惠。
1.气体分配技术：
采用先进的气体分配器取代普通程控阀，使整个装置占地面积减少50%，程控阀控制点（以四塔制氢为例）减少80%和大量配管，控制阀门集成化，管道配制简单化，控制系统实用化，大大提高装置的运行可靠性和运行成本。独有技术已申报发明专利。
2．吸附器技术：
吸附器结构与众不同，产品、原料气管全部在吸附塔底部；独特的过滤和气体旋风分离技术包含其中，减少了吸附剂的磨损和死空间，解决了吸附热的平衡问题，效率更高，节省投资和彻底解决吸附剂粉化问题。吸附塔结构已获国家专利。
3．分子筛分层固定（装填）技术：
一改普通大众化的吸附剂装填方法，防止分子筛粉化和沸腾，在吸附剂装填和吸附器结构设计时充分考虑，使吸附剂同比装填量增加20%，使用效率提高30%；吸附剂寿命延长5年并不需补充。
4．筛选高性能吸附剂：
吸附剂生产厂很多，其原料和工艺不同导致产品性能相差很大，公司通过吸附剂性能测试仪和中试装置进行测试，筛选出几十种高性能吸附剂供选用。
5．工艺控制技术：
工艺技术本着实用高效可靠原则，通过特有技术简化了工艺流程和控制点，从而实现大型净化装置小型化；阀门管道集成化；固定装置撬装化；设备预制标准化；仪表控制模块化；这样大量节省安装时间、省去现场配管和装置一次性投入，提高产品性价比，为客户带来更多实惠。
二、变压吸附制氧设备的应用
1.变压吸附制氧设备在纸浆漂白中的应用
美国锦绣国际企业集团ELEGANT旗下的昆山锦沪机械有限公
司生产的VPSA变压吸附制氧设备是国外普遍采用的较为先进的制氧流程。在国内正式投产于工业化应用是上世纪90年代后期并很快应用于国内纸浆漂白领域。1995年由我公司提供的广西南宁凤凰纸业变压吸附制氧设备的成功投产标志着变压吸附制氧设备在国内以步入应用的时代。其氧气纯度大于93能完全满足纸浆漂白工艺要求能耗0.40.5 KWh/ Nm 3与全低压大深冷空分相当开车时间只要几分钟能随时开停车无论在设备投资还是在操作成本方面都具有很强的竞争力。就以我公司部分客户案例而论如下
云景林纸股份有限公司是国内第一家林纸一体化的企业和国内第一家采用ECF四段无元素氯漂白工艺生产的制浆企业所生产的纸浆具有白度高、洁净度高、绿色环保等优点。采用芬兰AHLSTROM 三段压力筛、氧脱木素、C/D-E/O-D1-D2四段漂工艺配套昆山锦沪机械有限公司生产的VPSAO-360型变压吸附制氧机年产10万吨漂白木浆。
四川永丰纸业股份有限公司拥有先进的无氯漂白制浆生产线年制浆能力8万吨是竹浆全无氯漂白的代表配套VPSAO-260型变压吸附制氧机。
新疆博湖苇业股份有限公司5万吨漂白苇浆板技改项目拥有国内最先进的草类浆生产工艺——氧脱木素少氯漂白已列入国家863计划配套变压吸附制氧机为VPSAO-210型。
目前国内最大的用于纸浆漂白的变压吸附制氧设备山东亚太森博浆纸有限公司为年产22万吨漂白硫酸盐木浆配套的VPSAO-700
型变压吸附制氧机。目前国内草浆比重还很大但氧漂在草浆上的应用还是空白。草浆进行氧脱木质素在技术上是可行的在经济上是合理的。由于草浆木素含量低麦草浆的含氧漂白具有更好的选择性纸浆粘度高、强度好比木浆更容易实现TCF漂白。据相关研究采用XQPht、EApPht、ApPhtY、ApPO等漂序可浆麦草本色浆漂至80SBD白度以上是实现Soda-AQ麦草浆短流程高白度TCF漂白的可行漂白流程。利用工厂现有的降流式碱处理塔或次氯酸盐漂白塔仅需增加少量辅助设备即可实施对我国传统漂白工艺的改造和减少环境污染具有重要的现实意义。
2. 变压吸附制氧在电炉炼钢中的应用
吹氧炼钢吹氧炼钢已为各国普遍采用成为钢铁工业飞跃发展的一条重要途径。吹氧炼钢的主要方式有转炉纯氧顶吹或底吹炼钢、电孤炉炼钢和平炉炼钢。炼钢转炉炼钢每吨钢耗氧5060m 3 电孤炉炼钢每吨钢耗氧1025m 3 平炉炼钢每吨钢耗耗氧2040m 3 。电炉用氧可以加速炉料的熔化及杂质的氧化这意味着电炉吹氧既可以提高生产能力又能够提高质量电炉每吨钢耗氧量依照炼钢品种的不同而差异所需氧气浓度为9094的富氧。中小型钢厂电弧炉炼钢用氧特点明显用氧量不大一般在10004000 Nm 3 /h 左右不需要氮气且间断用气。如采用深冷空分投资高运行费用大开停不方便。变压吸附制氧工艺满足电炉炼钢需要且投资见效快操作便。目前国内厂家普遍采用效益明显
在中国用变压吸附制氧法电炉炼钢已经非常普及如西林钢铁公
司阿城钢厂、贵阳特殊钢厂和江苏淮阴钢厂等由昆山锦沪机械有限公司提供的河南洛钢、永通钢联、韶钢集团、海光钢厂、红嘴集团等各大企业的变压吸附制氧设备经运行多年稳定、故障率底获得业内一致好评
3.变压吸附制氧设备在有色冶炼中的应用
随着国家产业结构的调整有色冶炼在近几年发展很快。在采用氧气底吹炼铅、炼铜、炼锌、炼锑的工艺流程中和氧气浸出炼金、炼镍工艺的冶炼厂中不少厂家已经开始使用变压吸附制氧设备。
◇有色冶金
有色冶金为了节能增产发展自热冶炼综合利用和保护环境正在推广氧气冶炼法.铜、铅、锌、镍、钴、锑、汞等有色金属矿大都以硫化物的形式存在冶炼反应多为氧化放热反应一般有色金属的硫化矿含硫化量是为2030硫本身就是一种燃料。在有色金属冶炼过程中通入氧气硫就可以充分燃烧维持冶炼温度提高熔炼速度.
◇黄金冶炼
金溶解速率与矿浆中的溶氧含量有关。没有氧的去极作用.
溶金反应难以进行.增加溶氧浓度使反应向后进行有助于金的溶解.
金矿矿浆氧的饱和浓度远远达不到金溶解所需的最佳氧浓度。如果改充氧矿浆中氧饱和浓度可大大提高这样做可使金保持最大的溶解速度。由于金浸出速度加快金溶解更加完全浸出率相应提高。
富氧浸金是一项投资少、见效快、经济效益非常显著的新工艺在现存厂实施时无需改变原来的流程和设备非常方便。对于新
建厂不仅可以节省大量投资和土地而且经营费用降低、金回收率提高. 国内知名企业中国黄金集团在我公司连续订制三套变压吸附制氧设备用于富氧浸金技术效果非常明显◇富氧炼铜富氧炼铜: 可以增加其产量降低其消耗有效地提高烟气中二氧化硫的浓度可全部回收制酸对消除大气污染直接有利。日本某冶炼厂从1981年开始吹氧炼铜使生产力提高30以上美国某冶炼厂1982年开始进行吹氧炼铜使燃料节省50。美国Wotrerine铜冶炼厂采用29富氧节约燃料30。我国安徽铜陵冶炼厂在10.5m 3 密闭鼓风炉上改用28的富氧空气。床能率提高45。内蒙包关铜厂使氧含量提高量28 没有排放二氧化碳浓度增高每天提高铜产量1130吨硫酸成本降低30。
◇富氧炼铅
富氧炼铅澳大利亚MTM公司建一座ISA法炼铅厂1991年12月投产规模为年产铅6万吨采用富氧空气熔炼27O 2 流量7.1m 3 /s压力135kPa。再ISA法炼铜厂1992年投产一座18万t/a 铜炉配一套525t/d约15400m 3 /h制氧机。我国甘肃白银西北铅锌冶炼厂将在铅锌冶炼中应用氧气。
◇富氧炼白银
富氧炼白银甘肃某冶炼厂在白银炉上采用富氧熔炼使日处理炉料量增加了56。
◇富氧炼铝
富氧炼铝可以加快铝的熔化速度日本氧化铝制造公司试验
高炉炼铝技术始于1975年到1980年已在实验室制得纯度99.9的高纯铝1981年11月20日获准日本专利。高炉炼铝所用的热风最好用纯氧也可使用富氧空气即在空气中加入4以上的氧。富氧空气经热风炉预热从高炉下部第一风口喷入。
到1984年已完成1m 3 实验炉和喷吹能力为每小时喷吹240公斤粉煤以及每小时可将100m 3 氧气预热到500℃的预热设备。计划1987年达到半工业性设备的生产。
4.变压吸附制氧在玻璃炉窑领域中的应用
改革开放20多年以来国民经济迅速发展举世瞩目。而玻璃工业是能耗大户我国目前有玻璃窑炉数千座热效率及热能利用率比较低而且产品单耗大、成本高也可以说玻璃市场的竞争大多取决于能源。因此节能已成为窑炉改造的中心任务并已列入“十一五”国家节能环保的重点工程。
有史以来玻璃熔窑一直都是以空气作为助燃介质。经过对现有燃烧系统的分析研究认为采用空气助燃是导致高能耗、高污染、温室效应高的重要因素。空气中只有21 的氧气参与助燃78
的氮气不仅不参与燃烧还携带大量的热量排入大气。随着玻璃工业的发展人们对产品质量要求的不断提高燃料成本的不断增加使得科技工作者对玻璃生产的核心——“玻璃熔窑”的各个环节进行了不断地探索和改进燃烧系统也不例外至今已有了可喜的成效。富氧助燃技术在玻璃熔窑上已经成功地使用了数十年被称为玻璃熔化技术的第二次革命而锦沪公司生产的变压吸附制氧设备氧气纯度最高可达95并且对玻璃行业有着十年的设计安装经验始终为客户提供最安全、最高效、最节能的氧气。
4.1玻璃炉窑全氧燃烧
到本世纪初全世界已有200多座全氧燃烧窑炉。北美拥有的550座包括小型特种玻璃窑在内其中约有140座为全氧燃烧窑炉。欧洲现有的350座窑炉中已有30余座为全氧燃烧窑不包括玻璃棉及特种玻璃窑。亚洲已有20多座全氧燃烧窑炉。近几年在中国已开始推行全氧燃烧如玻璃纤维池窑、薄壳电子窑及在浮法窑增设0号小炉全氧助燃已相继建成投运。
十五年来全氧燃烧技术逐步完善世界上有燃烧试验装置的
公司取得了许多成功经验。诸如提供包含数学模型等技术软件在内的设计依据资料全氧燃烧窑炉的结构设计。包含供氧系统、燃烧器、支撑燃烧器的耐火砖材、燃料重油、煤焦油、天然气自供系统、氧气燃料的自控系统在内的各项装备以及各种不同类型制氧装备等。
随着国际石油、天燃气价格的不断攀升我国变压吸附制氧设备也不断应用用于各大企业的玻璃炉窑当中。如宜宾五粮液环球光电玻璃、云天化集团、巨石集团、冀中能源金牛玻纤、中材股份泰山玻纤、海南中航特玻、华光集团等等
5.变压吸附制氧在化工造气中的应用
※双氧水
双氧水生产工艺中对于氢蒽醌HEAQ的氧化既可采用源于空气中的分子氧也可采用源于富氧空气中的分子氧. 双氧水可分为工业级双氧水和食品级双氧水.
◇工业级双氧水:双氧水属于危险化学品用有毒有害的物质尤其是工业级双氧水中含有大量氢蒽醌类有机杂质及铅、砷等金属离子、机械杂质.
◇食品级双氧水:是氧化灭菌剂是作为生产加工助剂使用属于食品添加剂的范畴当食品级双氧水用于乳制品、饮料、纯净水、蔬菜等食品生产过程中时主要作消毒、杀菌、漂白、等用途. 采用富氧作为分子氧的来源时不仅提高了双氧水装置产量并且由于氧化反应率的提高使得从双氧水生产工艺的尾气处理装置中排放的尾气量减少芳烃排放量也相应减少减轻了对环境的污染因而取得了经济效益的双重效果。氧在化学工业中的应用主要是强化生产。例如有机化工用氧制酸用氧纸浆氧气漂白用生产黄磷加氧高压气化法制气喷氧气化劣煤田用氧生产石油蛋白制造燃料电池裂解原油生产天然气代用气利用火焰喷射法破碎岩石。等等。
三、变压吸附制氧机的特点
ADV ANTAGES OF PSAOVYGEN GENERATOR
传统的制氧方法将空气冷至液态约-180℃通过精馏制取氧气投资成本高、启动慢。PSA 制氧机在常温、常压下进行工作有以下特点
● 制氧成本低。
● 工艺流程简单设备少自动化水平高操作方便。
● 起动迅速起动约五分钟可正常供氧停机方便可间断运行。
● 设备工作压力低安全性好。
● 产品纯度及产量易于调整适应能力强。
The usual method of obtaining oxygen is to liquefy air and then carry out distillation at temperatures of around -180℃.The PSA generator can be operated under normal atmosphereand its advantages are listed as following
◆Low Production Cost.
◆Simple Process and Less Equipment High Automation and
Operation Convenience.
◆Quick Starting and Easy Stopping. The system can provide product gas in five minutes after starting and also can operate intermittently.
◆Low working pressure and safely.
◆Good Flexibility. The purity and output of the product gas can be easily adjusted.
我们的制氧方法特点及适用范围制氧成本较低工艺流程简单启动后510min 即可得到产品气。自动化水平高可作到无人值守。工作压力低安全性好。产品纯度易于调整适应能力强。连续作业时间长但维护成本却有极大优势。
产品适用与纯度在95% 以下单一气体应用领域的使用!
传统的制氧方法特点及适用范围制氧成本相对较高工艺流程复杂启动30h 后才能得到相应产品但他能得到≥99.5的氧气及其他产品气。适用于高纯度多组份气体应用领域。
附件一国内外变压吸附制氧设备发展史
1 VPSA制氧机在国外的发展
1903年德国林德公司生产出世界上第一台10m3/h制氧机。
1958年变压吸附制氧技术Skarstorm 申请专利并应用此技术分离空气。同时Gerin de Montgareuil 和Domine 也在法国申请专利。
ZY-1000/80Nm3/h变压吸附制氧 技术方案 目录 第一章：公司简介
第二章：变压吸附制氧简介 第三章：技术方案 第四章:近两年变压吸附设备部分业绩表 第五章：公司投资成功案例 一、公司简介 宏达新元科技是一家专业从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司。公司的核心业务包括：
设备销售、租赁、整改 ★VPSA真空变压吸附制氧 ★PSA变压吸附制氧设备 ★制氮设备、氮气纯化装置 ★LNG系统成套设备和LNG泵 企业拥有现代化标准生产车间和大批专业从事VPSA真空变压吸附、PSA变压吸附、气体分离及机械技术人员，为气体及气体设备领域用户提供独特的产品、服务、技术咨询和解决方案。 我公司下辖的企业有简阳天欣气体公司和广西聚源气体公司，为客户提供优质高纯度的气体。企业还在省与欣国力低温公司、简阳川空通用机械厂建立了良好的合作关系。 我公司于2011年3月17日在市苍梧县工商行政管理处登记注册成立的广西川桂气体科技。其性质为有限责任。注册资金2000万元人民币。 我们将不断完善售后服务、改善设备工艺、加强质量管理，并与研究机构密切配合，为广大用户提供更出色的产品与服务。。。。。。 二、变压吸附制氧技术简介 变压吸附制氧技术是近几十年发展起来的一种空分制氧工艺。与传统的深冷空分制氧装置相比，变压吸附制氧装置具有投资少、能耗低、运行维护费用低、工艺条件温和（常温、低压）、工艺流程简单、自动化程度高、操作灵活性高（可随时开停）、
建设工期短和安全性好等优点，因此得到国外大型气体公司和研究机构的广泛关注，并纷纷投入巨大的人力物力研究开发。自九十年代国外开发成功高效锂基制氧分子筛后，变压吸附空分制氧技术开始迅猛发展并得到广泛应用。目前，在很多用氧场合下变压吸附空分制氧可替代深冷空分制氧，并且装置的经济性明显优于传统的深冷空分制氧装置。 2.1．变压吸附空气分离制氧原理 空气中的主要组份是氮和氧，因此可选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩 （0.31?\u65289X比氧的（0.10 ?\u65289X大得多，因此氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强，如图1 所示）。因此，当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气可以解吸出来，分子筛得到再生并重复利用。两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。
变压吸附制氧在中小高炉中的应用及成本核算 摘要：本文简要介绍了变压吸附制氧（VPSA制氧）的原理和特点，以及VPSA制氧技术在中小高炉富氧喷煤中的使用情况。本文例举了国内某两家钢铁企业高炉技术改造使用富氧喷煤后，高炉工况的数据指标对比，结果表明变压吸附制氧具有经济性好，灵活性大，安全性高的特点，是中小高炉富氧喷煤的理想选择。 关键词：变压吸附制氧；VPSA；富氧喷煤；高炉 前言 20世纪70年代末的石油危机使得高炉喷油技术在世界范围内逐步停止，为了避免全焦炼铁，喷煤技术因此得到了快速的发展[1]。实践生产表明，当喷煤量大于l00kg/t时会使炉缸温度下降150~250℃以上。为了实现高炉大喷煤，世界许多工业发达国家如德国、日本等对富氧喷煤技术进行了大量研究开发和推广工作[2]，目前国际先进水平的高炉喷煤比是180~200kg/t。在我国以鞍钢为首的大型钢厂早在1986年就已进行高炉富氧喷煤试验，但目前国内整体水平仍与世界先进水平存在一定的差距，《中国钢铁工业科学与技术发展指南2006~2020年》中提出了高炉喷煤指标：2006~2010年全国重点钢铁企业喷煤量≥160kg/t，2011~2020年全国重点钢铁企业喷煤量≥180kg/t。 由于能源政策等因素，我国许多高炉在初期设计时并没有考虑富氧装置，大部分高炉用氧一般来自炼钢余氧，供气量不稳定，且带来的效益不明显。随着焦炭价格的不断升高和国家节能减排政策的逐步实施，这些企业技术改造升级迫在眉睫。目前一次性投资少，运行、维护成本低、操作方便、灵活的的变压吸附制氧装置成为很多钢铁企业的首选。 1.变压吸附制氧概述 上世纪70年代初期，美国联合碳化物公司首次将变压吸附制氧技术工业化。70年代中期，真空变压吸附(VPSA)制氧工艺的提出，大大提升了装置的规模和经济性，为VPSA制氧技术大规模推广应用奠定了基础。1989年美国Praxair采用锂型分子筛的VPSA装置投入运行[3]，标志着变压吸附制氧进入新的发展时期。我国对变压吸附制氧技术的研究最早始于70年代，但由于技术条件限制，直到1991年在重庆才实现首台150Nm3/h VPSA制氧装置工业化应用。 北京大学化学与分子工程学院于1996年成功研制出锂型高效制氧分子筛PU-8。2000年，隶属于北京大学的北大先锋科技有限公司成功将PU-8批量生产，产品性能达到国际领先水平。2001年北大先锋采用以PU-8高效锂分子筛的VPSA制氧装置的中试取得成功，2001年实现工业化应用。。目前，北大先锋已建成投运一百多套变压吸附制氧装置，最大规模VPSA制氧装置已达到40700 Nm3/h产品氧气，各项技术指标均达到了世界领先水平。 1.1VPSA制氧原理 VPSA制氧基本原理是根据分子筛能选择性吸附空气中的氮、氧组分，使空气中的氮氧分离而获得氧气。当压缩空气经过分子筛床层时，空气中易吸附的氮气被分子筛吸附并留在床层内部，而不易吸附的氧气则
空气分离制氧技术的研究
摘要：近年来,随着社会工业的发展，化学工业、冶金工业等部门中大量应用氧气，氧气是气体工业中数量最大的品种。本文首先介绍了空气分离制氧气的三种方法：深冷法、变压吸附法(PSA)、膜分离法，并比较了各自的优缺点，最终选用变压吸附法进行研究。随着新型吸附剂的开发、工艺不断改进以及控制手段的逐步完善，PSA制氧工艺的技术已有明显提高。本文又对变压吸附工艺的改进和吸附剂的改进和选型等方面进行介绍，最后对PSA空分制氧技术的发展前景进行展望。 关键词：氧气；深冷法；变压吸附；膜分离；吸附剂；PSA-MS联用 在过去的几个世纪里，物质生活水平不断提高和人口不断增长，人类对资源的需求日益增大，同时对环境的破坏也日趋加剧。如何以最低的环境代价确保经济持续增长，同时还能使资源可持续利用，已成为所有国家新世纪经济、社会发展过程中所面临的一大难题。我国实施了“科教兴国”和“可持续发展”两大战略，明确了依靠科技、资源节约、生态环境友好、人与自然协调的可持续发展道路，并提出了建设资源节约型与环境友好型社会的重要战略举措。从物质形态来说，可供人类使用的资源可以分为固体、液体、气体三大资源，其中气体资源是在常温常压条件下表现为气态的物资资源，它包括自然的空气资源、生物气体资源以及工业排放的尾气资源。气体资源的开发的主导意识主要是空气分离以及根据应用要求直接制备气体。空气是一种主要由氧、氮、氩气等气体组成的复杂气体混合物，其主要组成有氮气、氧气、氩气、二氧化碳、氖气、氦气等，除了固定组分外，空气中还含有数量不定的灰尘、水分、乙炔，以及二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、一氧化二氮等微量杂质。 一、研究意义 随着国民经济的飞跃发展和技术进步，工业上对氧的需求与日俱增，应用领域不断扩大。冶金、化工、环保、机械、医药、玻璃等行业都需要大量氧气。就冶金来说，无论钢铁冶金或者有色金属、稀有金属、贵金属的冶金，如果用富氧取代空气供氧，冶金炉（或浸出槽）的产量必将大幅度提高，能源消耗显著降低，冶炼（或浸出）时间大大缩短，产品质量提高，这将使生产成本大幅度降低，还可以节约基建投资。1993年世界工业气体交易的市场价值估计超出200亿美元。如果将最终用户直接在现场生产的气体包括在内，估计数字则超过300亿美元。世界各国气体市场的传统增长率比本国生产总值高出1.5～2.0倍。继续促进这一增长的关键因素包括工业气体在加工业质量和效率改进上所起的重要作用，如节约能量的、环境治理和气体的新应用等。该市场主要集中在已高度发达的国家和新兴的工业化经济区域。未来十年预计在亚洲和南美洲的新兴发展中的经济区域有大的市场出现。1993年世界氧气市场需求统计见图1。
变压吸附制氧机 1.1 制氧机的发展简史 制氧机是以空气做原料，生产氧气（或液氧）、氮气（或液氮）和氩、氖-氦、氪-氙等混合气体的一种成套设备。在一般情况下，由于空气分离设备多用来生产氧气，故人们习惯地称“制氧机”。 世界上最早生产制氧机的国家是德国和法国。 1901年，德国的林德公司在慕尼黑市建立低温设备制造车间，并在1903年生产出第一台10m3/h制氧机。 1902年，法国在巴黎建立空气液化公司，继德国之后，于1910年开始生产制氧机。 在三十年代以前，基本上只有德国和法国能生产制氧机。当时制氧机主要只能满足焊接、切割用氧及化工所需的制氮设备。生产的制氧机为主要为中、小型，其容量为2m3/h~600m3/h，品种约200种。采用的制氧机流程为高压和中压流程。 1930~1950年，除德国、法国，尚有苏联、日本、美国、英国等国家也开始生产制氧机。在此期间，随着生产的发展，制氧机使用领域不断扩大，促进了大型制氧机的发展。由于大型制氧机每生产1m3氧气所需电力、金属材料都比中、小型底，故1930~1950年间，大型制氧机的品种增加较多，如西德的5000m3/h，苏联的3600m3/h，日本的3000m3/h等大型设备。当时所用的流程，除高、中压外，开始采用高低压流程。由于大型制氧机可制取廉价的氧气，从而在冶金和合成氨工业中得到应用。1932年，德国第一次把制氧机用于冶金和合成氨工业。 1950年以后，除上述国家生产制氧机以外，还有中国、捷克、东德、匈牙利、意大利等（中国发展较晚，且都为深冷法）。 由于钢铁工业、氮肥工业、火箭技术的发展，氧、氮耗量迅猛增加，促使制氧机向大型化发展。1957年起，10000m3/h制氧机相继问世。1967年起，据不完全统计，20000m3/h以上的大型制氧机不断出现，达87套之多，最大机组为50000m3/h，更大型的机组正在研制中。 20多年来，产品品种迅速增加，并逐步形成了系列，如西德林德公司大型制氧机有1000~40000m3/h典型产品；日本神钢有OF系列；日本日立制作所有TO型；日本氧气公司有NR型；英国全低压有50~1500吨/天系列产品等。同时，大型制氧机基本上采用全低压流程。 总之，制氧机的发展是一个不段完善的过程，设备由小型、中型向大型发展；流程由高压（200大气压）、中压（50大气压）、高低压向全低压（6大气压）方向发展，从而使制氧机的单位电耗、金属材料消耗降低，运转周期不断延长。
变压吸附制氧技术 对变压吸附制医用氧过程中的吸附剂选择、流程开发、多层过滤系统等技术问题进行了研究，它将有助于变压吸附制氧技术在我国各级医院中的使用。 变压吸附(简称PSA)制氧是国际上最近三十年新兴起来的制氧技术，它的特点是就地产氧，只要将制氧设备接通电源，就可由空气中生产出氧气，且设备的体积小、操作简单，可省去大量的人力、物力，尤其适合实施管道化中心供氧的医院以及工业不发达地区的医院。 1原理和方法 变压吸附制医用氧是采用物理吸附的方法，使用的吸附剂是沸石分子筛(zeolite molecular sieve)。空气中的主要成分是氮气、氧气及其它稀有气体，它们的分子极性各不相同，其中氮气的极性较氧气的极性要大。沸石分子筛是一种极性吸附剂，在等温条件下，当吸附压力增加时，它对氮气的平衡吸附量要比氧气增加很多；当吸附压力减少时，它对氮气的平衡吸附量比氧气减少很多。利用沸石分子筛的这一特性，可采用加压吸附，减压解吸循环操作的方法制取氧气。 2吸附剂的选择 在PSA吸附床中，至少有两层吸附剂，靠近进料端的吸附剂称为“预处理”吸附剂，它的主要作用是除去进料空气中的水和二氧化碳。氧化铝通常被用作预处理吸附剂，但是，使用中人们发现在氧化铝与其它吸附剂的接触面上会产生一个低温区，称为“冷点”，会影响吸附剂的再生。随着人们对“冷点”的进一步认识，氧化铝已被NaX型的沸石分子筛代替，因为它比氧化铝具有更高的氧、氮吸附容量和吸附热，可以帮助减少“冷点”的损害。目前，具有更高吸附容量的NaX吸附剂已经被开发出来，可以进一步减低“冷点”效应。靠近吸附床产品端的第二层吸附剂称为“主吸附剂”，它的主要作用是氧气、氮气的分离，一般选用具有优先吸附氮气的沸石分子筛。在有些场合，NaX既被用来作主吸附剂，也被用作预处理吸附剂，但CaA型的沸石分子筛是变压吸附法制氧最常用的吸附剂。为了提高分子筛的吸附性能，又开发其它类型的分子筛如CaX型的沸石分子筛，目前吸附选择性能最好的吸附剂是LiX型和MgA型沸石分子筛。 3制氧流程 变压吸附常压解吸制氧流程通常有四床、三床、两床三种形式。 四床吸附流程的特点是空气中氧气的收率比较高，可达40%，缺点是吸附床较多，工艺流程复杂，技术要求高，可靠性较差。 三床吸附流程的特点是氧气收率一般，可达35%，工艺也比较复杂。 二床吸附流程的缺点是空气中氧气收率比较低，只有30%，但这种流程比较简单，工艺也不复杂，操作容易，可靠性高，是目前制医用氧设备采用最多的流程。 4多层气体过滤系统
VPSA制氧简介 变压吸附制氧原理 吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。PSA制氧装置中的吸附主要为物理吸附。 物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华力和电磁力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。 变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加。利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在高压下吸附而在低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。 装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：工业PSA-O 2 活性氧化铝类和分子筛类吸附剂。吸附剂最重要的物理特征包括孔容积、孔径分布、比表面积和表面性质等。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。 吸附剂对各种气体的吸附性能主要是通过实验测定的吸附等温线和动态下的穿透曲线来评价的。优良的吸附性能和较大的吸附容量是实现吸附分离的基本条件。 同时，要在工业上实现有效的分离，还必须考虑吸附剂对各组分的分离系数应尽可能大。所谓分离系数是指：在达到吸附平衡时，（弱吸附组分在吸附床死空间中残余量/弱吸附组分在吸附床中的总量）与（强吸附组分在吸附床死空间中残余量/强吸附组分在吸附床中的总量）之比。分离系数越大，分离越容易。一般而言，变压吸附气体分离装置中的吸附剂分离系数不宜小于3。
1.氧气和氮气的生产 原料空气自吸入塔吸入,经空气过滤器除去灰尘及其它机械杂质。空气经过滤后在离心式空压机中经压缩至0.52MPa左右,经空气冷却塔预冷，冷却水分段进入冷却塔内，下段为循环冷却水，上段为低温冷冻水。空气经空气冷却塔冷却后降至约10℃,然后进入切换使用的分子筛吸附器，空气中的二氧化碳,碳氢化合物及残留的水蒸气被吸附。分子筛吸附器为两只切换使用,其中一只工作时另一只再生，纯化器的切换周期为240分钟。 空气经净化后，分为两路：大部分空气在主换热器中与返流气体（纯氧、纯氮、污氮等）换热达到接近液化温度约-173℃进入下塔。另一路空气在主换热器内被返流冷气体冷却至-105℃时抽出进入膨胀机膨胀制冷，然后入上塔参加精馏同时补充冷量损失。 在下塔中，空气被初步分离成氮和含氧38-40%的富氧液空（下塔底部），顶部生成的氮气在冷凝蒸发器中被冷凝为液氮，同时主冷的低压侧液氧被汽化。部分液氮作为下塔回流液，另一部分液氮从下塔顶部引出，经过冷器中过冷后经节流送入上塔中部作回流液和粗氩塔Ⅰ冷凝器冷凝侧的冷源。下塔底部的富氧液空引出后经节流降温送入上塔做为回流液参与上塔精馏。 氧气从上塔底部引出，并在主换热器中与原料空气复热后出冷箱进入氧气压缩机加压后送往用户。 污氮气从上塔上部引出，并在过冷器及主换热器中复热后送出分馏塔外，大部分作为分子筛的再生气体（用量约21000/h）。小部分进入水冷
塔中作为冷源冷却循环水。 氮气从上塔顶部引出，在过冷器及主换热器中复热后出冷箱，经氮气压缩机加压后送往用户。 产品液氧从主冷中排出送入液氧贮槽保存。从液氧贮槽中排出的液氧，用液氧泵加压后的进入汽化器，蒸发成氧气然后进入氧气管网送用户。
变压吸附实验 利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。 一实验目的 （1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程； （2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素； （3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理； （4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。 二实验原理 物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。 碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为0.28nm，N2为0.3nm），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使两者分离。然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为 2.0×106，O2
变压吸附制氧设备在国内的现状与应用 四川科易科技 一、企业简介 四川科易科技成立于2000年，位于中国气体分离汇集地——成都，是一家专业从事气体分离与净化技术的研究开发的科技型公司。公司拥有科技开发楼、气体分离装置组装厂和旗下控股特种阀门厂。为用户提供变压吸附制氢,制氮,制氧,提纯或脱除二氧化碳,多晶硅尾气分离回收净化回收氯乙烯尾气,天然气净化,脱水等气体分离,提纯,净化技术和装置以及技术改造；程控阀,吸附剂维修,更换服务和工程设计等。产品广泛用于石油、天然气、化工、冶金、轻工等行业，获ISO9001认证和特种设备制造许可。 公司气体分离净化装置和技术涉足十一大领域，并先后推出：易氢系列——各种规模新型制氢装置；易氮系列——各种规模新型制氮机；易CNG净化系列——各种压力CNG全自动净化干燥装置等。科易净化装置具有性能稳定、性价比高、紧凑集成、占地少寿命长、操作控制简单、节能环保等特点受到成套商和广大用户的共同认可和高度评价,各项指标较传统气体分离技术有着质的飞跃，是对传统气体分离技术的一次“革命”，被誉为“新一代气体分离装置”和“未来中小装置发展方向”，成为国内最具创新精神和发展前景的气体分离与净化供应商。 公司的创新技术来源于长期专注气体分离和净化技术的发展；汇集了从事气体分离净化研制和开发20余年的工艺、自控仪表、阀门、
设备制造等志同道合知名专家；并借鉴依托国外最新技术并不断自主创新开发。公司现拥有六大气体净化技术和专利（统称“易气”技术），能为用户提供各种技术咨询、工程实施方案和具有特色的各种工业气体净化装置。 科易公司一直以来都与广大高校、科研院所、技术人才保持密切联系，如西南院、南京化工大学吸附剂研究所、复旦大学吸附剂研究中心、四川大学、成都理工大学和中国科学院大连物理化学所相关和基础研究单位；还与化工部甲级设计院有着长期、稳定的合作关系，并得到广大合作方的认可。 科易以“诚信、专业”作为企业文化；以为用户提供高性价比的产品和满意服务为目标；以做最有创新技术的产品来服务客户。专注气体净化技术，突破科技创新！科易人将把“易气”技术推广应用在更多的气体分离净化领域，为中国的复兴贡献自己的力量！ 一．科易产品在节能减排与新能源应用 1.制氢装置上应用：氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以
工业制氧原理及流程 空气中含氮气78%，氧气21%。由于空气是取之不尽的免费原料，因此工业制氧/制氮通常是将空气中的氧气和氮气分离出来。制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。本专题将详细介绍制氧/制氮的工艺流程，主要工艺设备的工作原理等信息。 【制氧/制氮目的】：制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。 【制氮原理简介】：以空气为原料，利用物理的方法,将其中的氧和氮分离而获得。工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。 Ａ：深冷空分制氮 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。 Ｂ：分子筛空分制氮 以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。 Ｃ：膜空分制氮 以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维
变压吸附实验报告 篇一：分子筛变压吸附研究报告 院级本科生科技创新项目 研究报告 项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究立项时间XX年10月 计划完成时间 XX年12月项目负责人储万熠 学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班 北京科技大学教务 摘要 变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM 表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。 ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。为研究提高分子筛寿
命的研究提供可靠有效的实验数据。 Research of Prolong the Life of Pressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve Abstract The keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDand ofmolecular TEMcharacterization sieveinquiryto ofphysicalandchemicalproperties theimpact onmolecular determine sievesconditions. The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption air
医用分子筛变压吸附制氧技术的探讨 [ 录入者:admin | 时间:2008-11-14 11:58:34 || 浏览:122次] 中国医学装备2006年11月第3卷第11期ChinaMedicalEquipment2006NovemberVol.3NO.11 1分子筛制氧设备的发展过程分子筛变压吸附PSA(PressureSwingAbsorption)气体分离和提纯技术是在20世纪60年代后,随着环境保护及污染治理的要求而迅速发展起来的技术,目前已经在钢铁生产,气体工业,电子工业,石油化工和医疗卫生等诸多行业得到广泛的应用.1962年美国联合碳化物公司(UCC)发现了分子筛对气体的选择性特性,并在实验设备上实现了对少数不同气体的分离;随即研制成功了世界上第一台制氢工业装置;随着分子筛材料与工艺的不断提升,70年代中期美国和德国首先将PSA技术应用于空气分离并在化工领域得到应用,到80年代中期化学工业的发展为分子筛的性能提高起到了关键作用,这使设备小型化成为可能,1985年美国的Praxair公司研制的第一台小型制氧机的问世标志着PSA技术小型化的开始,90年代初产品意义上的医用小型制氧机开始出现,美国材料实验学会(ASTM)于1993年颁布了医用小型制氧机标准规范(F1464-1993),国际标准组织于1996年发布了医用小型制氧机的安全性标准(ISO8359:1996).分子筛变压吸附气体分离和提纯技术是利用分子筛,依靠压力的变化来实现吸附和再生,其再生速度快,能耗低,属于节能型气体分离技术,特别符合在能源短缺的情况下其低品质资源的开发利用的世界潮流.分子筛变压吸附原理的制氧机仅仅利用空气就可以生产纯度在90-95%的氧气,并且其制氧机工艺流程简单,安全,投资少,能耗比较低,因此在中小规模的需要富氧的地方,如近年来各级医院的中心供氧系统的氧气气源愈来愈多的选用制氧机产氧,这类设备均采用分子筛变压吸附气体分离和提纯技术获取低成本的氧气. 2分子筛变压吸附气体分离和提纯技术 2.1分子筛技术医用分子筛变压吸附制氧技术的探讨冯念伦1,夏文龙2,孙铁军3 (1.3.山东省立医院;2.山东省药品审评认证中心;济南250021)〔文章编号〕1672-8270(2006)11-39-03〔中图分类号〕R197〔文献标识码〕 B【摘要】分子筛制氧机仅仅利用空气就可以生产纯度在90-95%的氧气,近年来各级医院的中心供氧系统愈来愈多的选用了分子筛制氧设备;这种制氧设备的核心技术是让大气通过分子筛利用变压吸附气体分离和提纯技术获取低成本的氧气.其制氧机工艺流程简单,安全,投资少,能耗比较低,符合低品质资源的开发利用的世界潮流. 【关键词】分子筛;变压吸附;硅铝酸盐晶体;气体分离和提纯
一、变压吸附制氧技术介绍 1、变压吸附制氧基本原理 变压吸附（Pressure Swing Adsorption）是利用气体在不同的压力下在吸附剂上的吸附能力不同，对空气中各种气体进行分离的一种非低温空气分离技术。 空气中的主要组份是氮和氧，因此可选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。 氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩（0.31?）比氧的（0.10 ?）大得多，因此氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强，如图1所示）。因此，当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气可以解吸出来，分子筛得到再生并重复利用。两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。 2、变压吸附制氧工艺流程介绍 VPSA制氧装置的操作必须至少包含两个步骤：进气吸附和抽空解吸，无论采用几塔流程，每个吸附塔都必须周期性地重复这两个步骤。最初的变压吸附装置规模小，一般采用两塔流程，后来为了扩大规模和节约能耗，又开发出多塔流程。随着新型吸附剂的开发和设备制造工艺的进步，又逐步向两塔流程回归。这是因为采用两塔流程时，当一个塔进行吸附时，另外一个塔可以进行抽空解吸，两个塔互相匹配，可以在最短的时间内完成必须的操作，使吸附剂的利用效率最高，而且两塔流程可以实现吸附塔之间的均压，氧气的收率和能耗也可达到比较好的水平；此外，两塔流程由于工艺简单，设备数量少、投资较低。尽管两塔流程在能耗水平上不如多塔流程，但综合考虑投资和运行费用，两塔流程的长期运行成本最低。因此，在可能的情况下应尽可能选择两塔流程，这个结论是理论上的分析，同时得到了国内外变压吸附制氧设备供应商长期实践的验证。 但大规模装置采用两塔流程必须解决两个难点：在限定气流速度的前提下，解决大直径吸附塔的制造问题并保证吸附塔内气流分布的均匀性。因此，在实际应用中，装置规模较大而又无法解决上述两个难点时，往往采用多塔流程，但是也同样需要关注气体流速、吸附塔气流分布均匀性和大直径吸附塔的制造问题。 对变压吸附制氧工艺流程的选择原则是在满足气流速度和吸附塔直径的前提下，尽量选少的吸附塔。 3、国际VPSA制氧技术状况简介 目前，代表国际最先进水平的VPSA制氧工艺均以降低制氧电耗和设备投资为出发点，制氧装置工艺方案的设计具有以下特点： l）采用新型锂分子筛吸附剂，利用其高吸附容量和高氮/氧吸附选择性，提高空气的用率，以达到降低能耗的目的； 2) 采用高效、节能、节水的罗茨鼓风机和湿式罗茨真空泵作为原料空气压缩和废气解吸设备，以进一步降低制氧电耗； 3) 采用短切换周期从而减少吸附剂用量，并尽量减少吸附塔和阀门数量，使设备占地面积和总投资大幅度降低。 对于VPSA制氧装置来说，电耗是决定氧气成本的最重要因素，也是衡量制氧设备技术经济性能先进性最重要的指标，直接关系到装置的运行成本和经济效益。因此，制氧设备的设计也必须以降低电耗为核心，选择合理的工艺流程和配套机组，保障制氧设备长期运行的经济性和可靠性。 以保证成套设备可靠性为前提，采取适当增加吸附剂用量、降低解吸压比的方法，在不增加
第一章空分设备工艺流程 第一节空气分离设备术语 在学习空分设备基本知识之前，我们先来了解空分设备上使用的一些术语。 一、空气分离设备术语基本术语 1、空气 存在于地球表面的气体混合物。接近于地面的空气在标准状态下的密度为 1.29kg/m3。主要成分是氧、氮和氩；以体积含量计，氧约占20.95%，氮约占78.09%，氩约占0.932%，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。根据地区条件不同，还含有不定量的二氧化碳、水蒸气及乙炔等碳氢化合物。 2、加工空气 指用来分离气体和制取液体的原料气。 3、氧气 分子式O ，分子量31.9988（按1979年国际原子量），无色、无臭的气体。在标 2 准状态下的密度为1.429kg/m3，熔点为54.75K,在101.325kPa压力下的沸点为 90.17K。化学性质极活泼，是强氧经剂。不能燃烧，能助燃。 4、工业用工艺氧 用空气分离设备制取的工业用工艺氧，其含氧量（体积比）一般小于98%。 5、工业用气态氧 用空气分离设备制取的工业用气态氧，其氧含量（体积比）大于或等于99.2%。 6、高纯氧 用空气分离设备制取的氧气，其氧含量（体积比）大于或等于99.995%。 7、氮气 分子式N ，分子量28.0134（按1979年国际原子量），无色、无臭、的惰性气体。 2 在标准状态下的密度为1.251kg/m3,熔点为63.29K,在101.325kPa威力下的沸点为77.35K。化学性质不活泼，不能燃烧，是一种窒息性气体。 8、工业用气态氮 用空气分离设备制取的工业用气态氮，其氮含量（体积比）大于或等于98.5%。
9、纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮含蓄量（体积比）大于或等于99.995%。 10、高纯氮 用空气分离设备制取的氮气，其氮含蓄量（体积比）大于或等于99.9995%。 11、液氧（液态氧） 液体状态的氧，为天蓝色、透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为90.17K，密度为1140kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态或用气态氧加以液化。 12、液氮（液态氮） 液体状态的氮，为透明、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为77.35K，密度为810kg/m3。可采用低温法用空气分离设备制取液态氮或用气态氮加以液化。 13、液空（液态空气） 液体状态的空气，为浅蓝色、易流动的液体。在101.325kPa压力下的沸点为78.8K，密度为873kg/m3。液空是空气分离过程中的中间产物。 14、富氧液空 指氧含量（体积比）超过的20.95%的液态空气。 15、馏分液氮（污液氮） 在下塔合适位置抽出的、氮含量（体积比）一般为95%~96%的液体。 16、污氮 由上塔上部抽出的、氮含量（体积比）一般为95%~96%的液态体。 17、标准状态 指温度为0°C、压力为101.325kPa时的气体状态。 18、空气分离 从空气中分离其组分以制取氧、氮和提取氩、氖、氦、氪、氙等气体的过程。 19、节流 流体通过锐孔膨胀而不作功来降低压力。 20、节流效应（焦耳—汤姆逊效应） 气体膨胀不作功产生的温度变化。
变压吸附制氮机的工作 原理及流程 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
PSA制氮机工作原理及工艺流程 一、基础知识 1．气体知识 氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。高纯氮气常作为保护性气体，用于隔绝氧气或空气的场所。氮气（N2）在空气中的含量为%（空气中各种气体的容积组分为：N2：%、O2：%、氩气：%、CO2：%、其它还有H2、CH4、N2O、 O3、SO2、NO2等，但含量极少），分子量为28，沸点：℃，冷凝点：-210℃。 2．压力知识 变压吸附（PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。现使用的吸附剂——碳分子筛最佳吸附压力为~，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。 二、PSA制氮工作原理： JY/CMS变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示： 碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。 碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来： 由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。 二、PSA制氮基本工艺流程：
【导读】：空气中含氮气78%，氧气21%。由于空气是取之不尽的免费原料，因此工业制氧/制氮通常是将空气中的氧气和氮气分离出来。制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。本专题将详细介绍制氧/制氮的工艺流程，主要工艺设备的工作原理等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。 【制氧/制氮目的】：制氧氧气用来炼钢；氮气用来搅拌钢水，氧气和氮气均是重要的冶金原料。 【制氮原理简介】：以空气为原料，利用物理的方法,将其中的氧和氮分离而获得。工业中有三种，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法。 Ａ深冷空分制氮 深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h），安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3／h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，而中、小规模制氮就显得不经济。
Ｂ分子筛空分制氮 以空气为原料，以碳分子筛作为吸附剂，运用变压吸附原理，利用碳分子筛对氧和氮的选择性吸附而使氮和氧分离的方法，通称PSA制氮。此法是七十年代迅速发展起来的一种新的制氮技术。与传统制氮法相比，它具有工艺流程简单、自动化程度高、产气快(15～30分钟)、能耗低，产品纯度可在较大范围内根据用户需要进行调节，操作维护方便、运行成本较低、装置适应性较强等特点，故在1000Nm3／h以下制氮设备中颇具竞争力，越来越得到中、小型氮气用户的欢迎，PSA制氮已成为中、小型氮气用户的首选方法。 Ｃ膜空分制氮 以空气为原料，在一定压力条件下，利用氧和氮等不同性质的气体在膜中具有不同的渗透速率来使氧和氮分离。和其它制氮设备相比它具有结构更为简单、体积更小、无切换阀门、维护量更少、产气更快(≤3分钟)、增容方便等优点，它特别适宜于氮气纯度≤98％的中、小型氮气用户，有最佳功能价格比。而氮气纯度在98%以上时，它与相同规格的PSA制氮机相比价格要高出15%以上。 【制氧原理简介】：工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。 工业制氧 工业制氧是指制造大量氧气，注重成本，讲究大量制取，对纯度要求一般不会太高。大致可分为以下几种方法
Z-1000/80Nm3/h变压吸附制氧 技术案 目录 第一章：公司简介 第二章：变压吸附制氧简介 第三章：技术案 第四章：近两年变压吸附设备部分业绩表
第五章：公司投资成功案例 一、公司简介 宏达新元科技有限公司是一家专业从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司。公司的核心业务包括： 设备销售、租赁、整改 ★VPSA真空变压吸附制氧 ★PSA变压吸附制氧设备 ★制氮设备、氮气纯化装置 ★LNG系统成套设备和LNG泵 企业拥有现代化标准生产车间和大批专业从事VPSA真空变压吸附、PSA变压吸附、气体分离及机械技术人员，为气体及气体设备领 域用户提供独特的产品、服务、技术咨询和解决案。 我公司下辖的企业有简阳天欣气体公司和广西聚源气体公司，为客户提供优质高
纯度的气体。企业还在省与欣国力低温公司、简阳川空通用机械厂建立了良好的合作关系。 我公司于2011年3月17日在市苍梧县工商行政管理处登记注册成立的广西川桂气体科技有限公司。其性质为有限责任。注册资金2000万元人民币。 我们将不断完善售后服务、改善设备工艺、加强质量管理，并与研究机构密切配合，为广大用户提供更出色的产品与服务。。。。。。 二、变压吸附制氧技术简介 变压吸附制氧技术是近几十年发展起来的一种空分制氧工艺。与传统的深冷空分制氧装置相比，变压吸附制氧装置具有投资少、能耗低、运行维护费用低、工艺条件温和（常温、低压）、工艺流程简单、自动化程度高、操作灵活性高（可随时开停）、建设工期短和安全性好等优点，因此得到国外大型气体公司和研究机构的广泛关注，并纷纷投入巨大的人力物力研究开发。自 九十年代国外开发成功高效锂基制氧分子筛后，变压吸附空分制氧技术开始迅猛发展并得到广泛应用。目前，在很多用氧场合下变压吸附空分制氧可替代深冷空 分制氧，并且装置的经济性明显 优于传统的深冷空分制氧装置 2.1 .变压吸附空气分离制氧原理 空气中的主要组份是氮和氧，因此可选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩（0.31?\u65289X 比氧的（0.10 ?\u65289X大得多，因此氮气在沸分