VPSA变压吸附工艺介绍

变压吸附技术浅析摘要介绍变压吸附技术，以及其的广泛应用、工艺改进和展望未来发展方向。

关键词变压吸附；气体分离；工艺改进；有机气体变压吸附技术是20世纪40年代发展起来的一项新型气体分离技术。

步入90年代后，在世界能源危机日益严重的国际环境下，变压吸附技术也得到了更为广泛的关注，已成为现代工业中较为重要的气体分离及净化方法。

目前有数千套变压吸附装置在世界各地运行，用于各类气体的分离、提纯和工业气体的净化。

如氢气、一氧化碳等气体的分离与提纯，天然气、乙炔气体的净化，空气分离制氧气和制氮气，废气的综合利用等。

如同所有的新兴技术一样，伴随着变压吸附分离的技术进步，特别是吸附材料性能的提和吸附工艺的不断创新，环保、节能和节约的优点愈显突出，变压吸附分离技术正在加速占领工业气体分离的市场。

1变压吸附介绍1．1 变压吸附概念变压吸附( pressure swing adsorption， PSA) 是一种很常用的分离或提纯气体混合物的工艺，其主要的工业应用包括: a) 气体干燥； b) 溶剂蒸汽回收； c) 空气分馏； d) 分离甲烷转化炉排放气和石油精炼尾气中的氢； e) 分离垃圾埯埋废气中的二氧化碳和甲烷； f) 一氧化碳和氢的分离； g ) 异链烷烃分离； h) 酒精脱水。

全世界大量的变压吸附操作单元应用于这些领域和其它一些领域。

实际上，上述所列的a~d 领域中，变压吸附已成为规定的分离工艺，并且适用范围很大，从个人医用的空气中分离90% 的O2到甲烷转化炉排放气中分离99. 999%以上的氢均可适用。

变压吸附分离气体的概念比较简单。

在一定的压力下，将一定组分的气体混合物和多微孔-中孔的固体吸附剂接触，吸附能力强的组分被选择性吸附在吸附剂上，吸附能力弱的组分富集在吸附气中排出。

然后降低压力，被吸附的组分从吸附剂中解吸出来，吸附剂得到再生，解吸气中富集了气体中吸附能力强的组分，一般解吸时没有外部加热。

这个概念定义有许多不同的术语。

变压吸附工艺流程
《变压吸附工艺流程》
变压吸附工艺是一种广泛应用于化工领域的分离技术，它通过在不同压力下吸附和脱附分子来实现物质的分离。

该工艺是一种高效、节能、环保的分离方法，具有很高的实用价值和广泛的应用前景。

变压吸附工艺的主要流程包括吸附、升压脱附、减压脱附和再生四个步骤。

首先，在适当的压力下，被处理的混合物分子会被吸附到吸附剂表面，然后通过升压或减压的方式来实现分子的脱附。

最后，通过再生操作将吸附剂恢复到原始状态，以便进行下一轮的分离操作。

在变压吸附工艺中，选择合适的吸附剂对分离效果至关重要。

常用的吸附剂包括活性炭、分子筛、石英砂等，它们具有不同的吸附特性，可以适应不同的分离要求。

此外，操作参数的控制也是影响工艺效果的关键因素，包括压力、温度、流量等参数的控制都需要精确把握。

变压吸附工艺在化工领域有着广泛的应用，可以用于气体分离、液体浓缩、脱水脱氧等多种工艺，广泛应用于石油化工、化工、环保等领域。

它不仅可以提高产品的纯度和质量，还可以降低能耗和减少污染物的排放，是一种十分重要的分离技术。

总之，变压吸附工艺流程是一种高效、节能、环保的分离技术，具有广泛的应用前景和重要的实用价值。

随着化工产业的不断
发展和技术的不断进步，相信该技术将在未来得到更广泛的应用和推广。

●－—－—－－－——－－——・－－——－－—、技术报告ｌ・制氧技术。

作者简介：胡光勇先生，工程师；主要从事纸浆中段废水处理及生产自动控制技术工作。

ＶＰＳＡ变压吸附制氧技术在制浆过程中的应用胡光勇（云南云景林纸股份有限公司，云南普洱，６６６４００）摘要：氧漂Ｅｊ是清洁制浆的必需工艺。

ＶＰＳＡ变压吸附制氧控制系统操作方便，维护简单，投资少，运行费用低，在围内越来越多的纸浆企业得以广泛应用。

关键词：氧漂白；变压吸附制氧控制系统；清洁制浆中图分类号：ＴＳ７３４文献标识码：Ｂ文章编号：０２５４—５０８Ｘ（２０１１）０３．００４９．０３ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶＰＳＡＯｘｙｇｅｎＧｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅＦｉｂｅｒＬｉｎｅｓＨＵＧｕａｎｇ—ｙｏｎｇ（ＹｕｎｎａｎＹｕｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔ＆ＰａｐｅｒＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐｌｉｅｒ，ＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，６６６４００）（Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｇｕａｎｇｙｏｎ９３８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｏｘｙｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙＶＰＳＡｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｏｘｙｇｅｎｄｅｈｇｎｉｔｌｃａｔｉｏｎｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃｆｉｂｅｒｌｉｎｅｓｔｈａｎｋｓｔｏｉｔｓｌｏｗｉｎ－ｖｅｓｔｍｅｎｔ，ｌｏｗｏｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｓｔ，ｅａｓｙｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶＰＳＡｏｘｙｇｅｎｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎａｆｉｂｅｒｌｉｎｅＷａｓｉｎｔｒｏ－ｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｘｙｇｅｎｄｅｌｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌｏｆＶＰＳＡｓｙｓｔｅｍ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ氧漂白已成为发展清洁制浆的必需工艺。

由于氧无毒，本身对环境没有污染，氧脱木素废液可合并到黑液提取段，进入碱回收系统，经氧脱木素后，后段的漂白剂用量和漂白废水污染物可降低５０％左右。

安泰科VPSA制氧技术一、技术分析安泰科的变压吸附制氧技术广泛应用于化工、电子、纺织、煤炭、石油、天然气、医药、食品、玻璃、机械、粉未冶金、磁性材料等行业。

针对不同行业不同用户对氧气使用的不同要求，安泰科提供个性化、专业化的VPSA制氧设备，充分满足不同用户的用气要求。

我公司制氧机组具有工艺流程简单、常温生产、自动化程度高、开停机方便、易损件少、便于维护、生产成本低等特点。

二、工作原理SPOX系列制氧机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氧气。

经过净化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。

由于动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氧，在吸附未达到平衡时，氧在气相中被富集起来，形成成品氧气。

然后减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等其它杂质，实现再生。

一般在系统中设置两个吸附塔，一塔吸附产氧，另一塔脱附再生，通过PLC程序自动控制，使两塔交替循环工作，以实现连续生产高品质氧气之目的。

三、SPOX系列节能型制氧装置的技术优势安装方便设备结构紧凑、整体撬装，占地小无需基建投资，投资少。

优质碳分子筛具有吸附容量大，抗压性能高，使用寿命长。

正常操作使用寿命可达10年。

故障安全系统为用户配置故障系统报警及自动启动功能，确保系统运行安全。

比其它供氧方式更经济VPSA工艺是一种简便的制氧方法，以空气为原料，能耗仅为空压机所消耗的电能，具有运行成本低、能耗低、效率高等优点。

机电仪一体化设计实现自动化运行进口PLC控制全自动运行。

氧气流量压力纯度可调并连续显示，可设定压力、流量、纯度报警并实现远程自动控制和检测计量，实现真正无人操作。

先进的控制系统使操作变得更加简单，可实现无人值守和远程控制，并可对各种工况进行实时监控，从而保证了气体纯度、流量的稳定。

高品质元器件是运行稳定可靠的保证气动阀门、电磁先导阀门等关键部件采用进口配置，运行可靠，切换速度快，使用寿命达百万次以上，故障率低，维修方便，维护费用低。

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-O2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。

变压吸附流程说明4.1工艺过程简述本装置VPSA过程,以一个吸附塔T0101A为例,简述如下：a. 吸附过程（A）压力为1.7～1.9Mpa的变换气自装置外来，首先进入原料气气水分离器中分离掉其中夹带的液滴，经FIRQ-0101计量后进入VPSA系统。

打开程控阀KS0101A、KS0102A，变换气自塔底进入T0101A （同时有2个吸附塔处于吸附状态）内。

在多种吸附剂的依次选择吸附下，其中的H2O、CO2等组分被吸附下来，未被吸附的氢氮气及一氧化碳等从塔顶流出，经压力调节系统PICA-0101稳压该工序。

当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附。

吸附床开始转入再生过程。

b. 顺放-1过程（P1）这是在吸附过程结束后,吸附塔内的气体与产品气非常接近,打开程控阀KS0103A、KS0110，缓慢打开随动调节阀HV0102顺着吸附方向将吸附塔内的气体流向产品气管道的过程,该过程不仅回收了吸附塔内有效气体,同时也降低了吸附塔内压力,相当于增加一次均压降。

c．均压降压过程（1D～10D）这是在顺放-1过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的氢氮气放入其它已完成再生的较低压力吸附塔或到均压罐的过程，该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间有效气体的过程，本流程共包括10次均压降压过程以保证有效气体的充分回收。

d.顺放-2过程（P2）这是在均压降过程结束后，打开程控阀KS0106a，KS0114顺着吸附方向，将吸附塔内含量较高的有效气体放入煤气气柜的过程，该过程充分回收了吸附塔内有效气体，不仅降低工厂消耗，而且对工厂系统物料平衡和动力平衡有利。

E．逆放过程（D）这是在顺放-2过程结束后，打开程控阀KS0107a逆着吸附方向进行减压，使被吸附的CO2减压解吸出来的过程。

f. 真空过程（V）这是在逆放过程结束后，打开程控阀KS0108a逆着吸附方向对吸附塔抽真空，进一步降低压力，使被吸附的CO2完全解吸出来的过程。

变压吸附三个基本步骤
变压吸附（Pressure Swing Adsorption, PSA）是一种用于分离气体混合物中组分的工艺。

PSA主要包括以下三个基本步骤：
1.吸附：
•混合气体通过吸附器（adsorber）床时，其中的特定组分会被吸附到吸附剂上。

吸附剂通常是多孔性的固体物质，
例如活性炭、分子筛等。

在吸附阶段，吸附剂选择性地吸
附其中的某一种或几种气体成分，而其余成分通过吸附床，
形成富集的气体。

2.脱附（Desorption）：
•当吸附床达到饱和，需要进行脱附操作。

这时，通过减压或改变吸附床的操作条件，降低系统的压力，从而使吸附
剂释放之前吸附的气体成分。

这个步骤通常涉及到减压和
/或升温，以推动被吸附的气体从吸附剂表面脱附出来。

3.再生和压力平衡：
•脱附后的吸附床被认为是再生的，可以重新投入使用。

为了保证PSA系统的连续运行，通常使用两个或多个吸附
床，交替进行吸附和脱附。

在这个步骤中，通常通过调整
压力平衡，将另一个床投入吸附阶段，而将先前用于吸附
的床进行脱附和再生。

总体来说，PSA是一种通过周期性地调整压力来实现气体分离的方法。

它在吸附和脱附阶段的交替操作中，实现了对气体混合物中特
定成分的高效分离。

这种技术广泛应用于气体纯化、气体分离和气体富集等工业和实验室领域。

变压吸附(Pressure Swing Adsorption.简称PSA)，是一种新型气体吸附分离技术，它有如下优点:⑴产品纯度高。

⑵一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能经济。

⑶设备简单，操作、维护简便。

⑷连续循环操作，可完全达到自动化。

因此，当这种新技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速，并日益成熟。

利用吸附剂的平衡吸附量随组分分压升高而增加的特性，进行加压吸附、减压脱附的操作方法。

吸附是放热过程，脱附是吸热过程，但只要吸附质浓度不大，吸附热和脱附热都不大，因此变压吸附仍可视作等温过程。

变压吸附一般是常温操作，不须供热,故循环周期短,易于实现自动化，对大型化气体分离生产过程尤为适用。

变压吸附的工业应用有：①空气和工业气体的减湿；②高纯氢的制备；③空气分离制富氧或富氮空气（见彩图）；④混合气体的分离，如烷烃、烯烃的分离。

⑤生物降解洗涤剂中间物，石脑油高纯度正构烷烃熔剂和异构体的分离；6，制取高纯度一氧化碳，回收利用工业尾气。

变压吸附我们现在主要使用的吸附剂有变压吸附硅胶、活性氧化铝、高效Cu系吸附剂（PU-1）、锂基制氧吸附剂(PU-8)等。

其中山东辛化生产的变压吸附硅胶是针对变压吸附气体分离技术开、研究的脱炭、提纯专用吸附剂。

第三代（SIN-03）同过特殊的吸附剂生产工艺，控制吸附剂的孔径分布及孔容，改变吸附剂的表面物理化学性质，使其具有吸附容量大，吸附、脱炭速度快，吸附选择性强，分离系数高，使用寿命长等特点。

1960年Skarstrom提出PSA专利，他以5A沸石分子筛为吸附剂，用一个两床PSA装置，变压吸附制氮从空气中分离出富氧，该过程经过改进，于60年代投入了工业生产。

80年代，变压吸附技术的工业应用取得了突破性的进展，主要应用在氧氮分离、空气干燥与净化以及氢气净化等。

其中，氧氮分离的技术进展是把新型吸附剂碳分子筛与变压吸附结合起来，将空气中的O2和N2加以分离，从而获得氮气。

1 概述1.1 真空变压吸附制氧技术真空变压吸附制氧技术是一种新型的从空气中制取富氧的技术，真空变压吸附（VACUUM PRESSURE SWING ADSORPTION，简称VPSA），是一个近似等温变化的物理过程，它是利用气体介质中不同组分在吸附剂上的吸附容量不同而产生的气体分离，吸附剂在压力升高时进行选择性吸附，在压力降低至负压时得到脱附再生。

真空变压吸附分子筛制氧设备是以电力为动力、空气为原料，利用沸石分子筛在加正压状态下对氮的吸附容量增加，负压时对氮的吸附容量减少的特性，通过对两只吸附塔切换作用，形成正压吸附、负压脱附的循环过程，实现空气中氧、氮的分离，连续制取所需求的工业用氧。

真空变压吸附制氧设备的制氧过程为物理吸附过程，无化学反应，对环境不造成污染，是一种理想的供氧方式。

整个制氧过程相对于传统的深冷法制氧方式，具有结构简单、工艺流程简单、使用操作方便、设备启动迅速、常温低压运行、安全可靠、能耗小、制氧成本低等一系列优点。

1.2真空变压吸附制氧设备工作过程瑞气真空变压吸附分子筛制氧设备是以洁净空气为原料，经空气过滤器进入罗茨鼓风机，升压至45kpa左右，出口气体温度约50℃，经过换热器进行冷却，使温度降到35℃左右，再进入已经再生完毕处于工作状态的吸附器。

在吸附器内，空气中的水分、二氧化碳等极性分子气体经过氧化铝、13X脱水剂被吸附，干燥空气再通过LiX 分子筛后空气组分中的氮气组分被分子筛吸附分离，氧气在吸附器顶部富积进入氧气平衡器，纯度93±3%左右的富氧通过调节阀稳压处理进入缓冲罐，缓冲罐中的富氧压力在10~15kpa，缓冲罐出口富氧经过氧气压缩机升压达到所需的压力要求，高压富氧气冷却后通过氧气储罐再送至用氧用户。

为获得连续稳定的产品氧气，瑞气真空变压吸附分子筛制氧设备设置两只吸附器，交替产氧，一只吸附器产出氧气时，另一只吸附器处于抽真空再生状态，吸附器在真空泵作用下抽至-60kpa左右，排出的富氮组分经过消音处理排至室外。