变压吸附空气分离制氧微型化技术研究

变压吸附技术在气体分离提纯中的应用摘要：变压吸附技术作为一种重要的气体分离与提纯方法，在工业生产和环境保护中具有广泛的应用前景。

本文通过深入探讨变压吸附技术的特点及其在氢气回收与提纯、一氧化碳回收与提纯、回收制取高纯度二氧化碳等方面的应用，展示了其在气体分离提纯领域的重要作用。

关键词：变压吸附技术；气体分离提纯；技术应用引言气体分离与提纯技术在化工、能源、环保等领域具有重要意义。

变压吸附技术作为一种经典的分离方法，通过调节吸附材料在不同压力下的吸附能力，实现了不同气体成分的分离与提纯。

近年来，随着新材料和先进技术的引入，变压吸附技术在气体分离提纯领域得到了更加广泛的应用，极大地促进了相关产业的发展。

1.变压吸附技术概述变压吸附技术是一种重要的气体分离与纯化方法，利用吸附剂在不同压力条件下对气体分子的吸附和解吸现象，实现气体混合物的分离和纯化。

这一技术的特点以及在多个领域的应用，使其在现代工业中具有重要的地位和广阔的前景。

1.1变压吸附技术的特点变压吸附技术是一种重要的分离与吸附过程，其特点在于其能够基于不同吸附材料的特性，通过调节压力来实现气体分离、提纯和吸附。

这一技术被广泛应用于气体分离、气体储存、气体纯化等领域，具有许多独特的特点和优势。

变压吸附技术适用范围广泛。

它可以用于各种气体的分离与纯化，包括氢气、氧气、氮气、一氧化碳等。

吸附材料针对不同种类的气体分子在不同的压力下具有不同的吸附能力，这为变压吸附技术的应用提供了广泛的可能性。

变压吸附技术能够实现高效分离。

通过调节吸附剂的压力，可以实现对气体混合物的高效分离。

对于需要高纯度气体的应用，变压吸附技术可以实现高效的纯化过程，从而获得所需的气体成分。

变压吸附技术具有较好的可控性和灵活性。

通过调节压力和温度等操作参数，可以实现对吸附过程的控制，从而达到更好的分离效果。

这种可控性和灵活性使得变压吸附技术可以根据不同的应用需求进行调整和优化。

变压吸附技术还具有循环利用的优势。

小型变压吸附制氧装备主要工艺参数的研究田涛;高万玉;张彦军;刘红斌;马军;石梅生【摘要】目的:研究小型变压吸附(pressure swing adsorption,PSA)制氧装备主要工艺参数,提高其制氧性能.方法:分析小型PSA制氧装备的制氧工艺,通过实验研究吸附时间、均压时间、吸附压力、冲洗孔孔径等关键工艺参数对小型PSA制氧装备产品气性能的影响,并进行长期运行试验.结果:吸附时间为5.0 s、均压时间为0.8 s、吸附压力为0.14 MPa、冲洗孔孔径为0.9 mm时,产品气氧气体积分数最高,达到了93.9％,产品气流量为5 L/min,出氧压力为0.04 MPa;运行10000h后,产品气氧气体积分数仍高于93％.结论:该制氧装备性能稳定,可满足野战条件下一般性用氧需求.【期刊名称】《医疗卫生装备》【年(卷),期】2018(039)007【总页数】4页(P16-19)【关键词】高原;变压吸附;制氧装备;工艺参数;氧气体积分数【作者】田涛;高万玉;张彦军;刘红斌;马军;石梅生【作者单位】军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所,天津300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所,天津300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所,天津300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所,天津300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所,天津300161;军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所,天津300161【正文语种】中文【中图分类】R318;R197.390 引言目前，常用的制氧方法有深冷法、变压吸附法、膜分离法、化学法和电化学法。

其中，变压吸附法制氧是一种无热源吸附分离过程，产氧量可大可小，产品形式灵活，出氧快，具有装置简单灵活、故障率低、易于维修、自动化程度高、操作方便、能耗低等优点[1-2]，在中小规模的空分制氧装置中得到了广泛的应用。

分子筛变压吸附（pressure swing adsorption，PSA）制氧技术是以空气为原料、沸石分子筛为吸附剂，在常温低压下，利用空气中氧、氮分子在沸石分子筛上吸附量的差异而实现氧气和氮气分离的循环过程[3]。

变压吸附制氧技术的发展和应用变压吸附制氧技术（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）是一种用于从空气中分离氧气的技术。

它通过调节吸附剂的压力进行气体的吸附和脱附，从而实现氧气的生产。

这项技术可以广泛应用于医疗、工业和生活领域，为人们提供了高纯度的氧气，同时减轻了对传统氧气供应方式的依赖。

随着科学技术的不断进步，变压吸附制氧技术也得到了持续的发展和改进。

过去，该技术的主要局限在于设备体积庞大、操作复杂、效益低下等问题。

然而，随着吸附材料、气体分离理论和设备工程的进步，目前的PSA技术已经取得了显著的突破，实现了设备小型化、自动化程度高和高效率的氧气产出。

一方面，新型吸附材料的研发推动了PSA技术的发展。

石化行业中广泛应用的分子筛（Molecular Sieves）成为PSA技术中的理想吸附剂。

分子筛具有大孔径和高比表面积的特点，能够有效地吸附氮气，使氧气得到足够的富集。

此外，树脂状吸附剂的研究也逐渐成为PSA技术的一个新方向。

这种吸附剂具有更高的气体吸附速率和更好的气体选择性，进一步提高了氧气的产出效率。

另一方面，气体分离理论的深入研究也为PSA技术的改进提供了理论支持。

传统的PSA技术主要基于动力学理论，通过调节吸附剂的压力和流量来实现氧气的富集。

然而，近年来，热力学理论在PSA技术中的应用也逐渐受到关注。

热力学理论的使用可以更准确地预测吸附剂的效率，提高氧气的纯度和产出率。

在应用方面，PSA技术已经广泛应用于医疗、工业和生活领域。

医疗行业中，PSA技术可以用于制取高纯度氧气，用于呼吸机、手术室和氧疗设备等的供氧。

相比传统的氧气瓶和槽，PSA技术可以实现连续供氧，提高设备的稳定性和灵活性。

在工业领域，PSA技术可以用于氧化反应、燃烧和半导体制造等过程中的氧气需求。

传统的液氧和液氮供气方式存在储存和运输的限制，而PSA技术可以实现现场制氧，减少成本和能源消耗。

此外，PSA技术还可以用于生活领域，如水处理、饮食食品、饮料和酿酒等领域的氧气需求。

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、工艺不断改进以与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、生物气体资源以与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与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，以与二氧化硫、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。

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。

变压吸附制氧技术的发展和应用摘要：简述了变压吸附技术应用于空分制氧领域的技术优势；基于这些优势，吸附空分技术广泛应用于多个行业；随后综述了吸附制氧领域的关键技术发展并作出展望。

关键词：变压吸附；制氧技术；大型化；噪音控制引言近年来变压吸附制氧技术持续发展，已广泛应用于钢铁冶炼、化工、炉窑、玻璃等多个行业中，满足不同产业对于氧气的需求，推动了国内工业制氧设备的技术变革。

一、分析变压吸附制氧技术的优势（一）运行成本低在制氧工艺中，电源能耗量占据总运行成本的90%以上，伴随变压吸附制氧技术的优化创新，纯氧电耗从原来的0.45kW·h/m3变为现在的0.30kW·h/m3，电能消耗量得到了大幅度降低。

相比于其他空分制氧技术，变压吸附制氧技术在成本方面具有明显的优势[1]。

（二）流程简洁、本质安全、易于操作变压吸附制氧技术的工艺流程较为简洁，罗茨鼓风机和罗茨真空泵作为基础的动力设施，操作方式比较为简单，便于开展维护工作[2]。

操作压力的范围在-0.5~0.5bar，不属于压力管道范畴；几乎常温操作，因此具有本质安全性。

开停机方便，开机30min以内即可产出符合标准的氧气；可实现无人值守。

（三）投资低、工期短变压吸附制氧设备主要由一体化罗茨设备、吸附设备、以及阀门切换体系等构成；设备种类、数量少，可以节约项目的一次性投资成本，且设备的占地面积比较低，还可以降低设备土建成本和建设用地的费用。

同时吸附制氧设备的加工制造周期比较短暂，重要设备的加工周期不会超出4个月，一般状况下6个月内就可达成产氧目标，大大降低了设备的建设时间。

（四）维护简单变压吸附制氧技术应用的设备比较少，包括鼓风机、真空泵和程控阀门等全，这些设备的备件便于更换，可以实现量化生产。

可以大幅度降低生产成本，对后续的工期进行严格管控，同时设备维修方法较为简单，售后便捷。

（五）便于调节负荷通过并联、变频、程序时序控制等技术手段，可以方便调节装置产量和纯度，把纯度调在70%~95%，通过对变压吸附制氧设备进行联合使用，可以对负荷进行有效调节。

变压吸附制氧技术的发展和应用
变压吸附制氧技术基于分子筛的原理。

分子筛是一种多孔的固体物质，它可以吸附气体中的分子。

在变压吸附制氧技术中，分子筛通常使用沸石
作为吸附材料。

沸石具有许多微小的孔道，可以选择性地吸附氧气分子。

通过改变沸石的压力和温度条件，可以实现对氧气和其他气体的有效分离。

变压吸附制氧技术的应用非常广泛。

首先，它在医疗领域用于治疗呼
吸系统疾病。

许多患有呼吸困难的患者需要额外的氧气供应来维持正常的
生活。

通过变压吸附制氧技术，可以提供高纯度的氧气，以满足患者的需求。

此外，该技术还可用于手术室、急救车和其他医疗设施，以确保氧气
供给的稳定和可靠。

其次，变压吸附制氧技术在工业领域中也有许多应用。

例如，钢铁、
化工、玻璃等行业需要大量氧气来支持其生产过程。

通过变压吸附制氧技术，可以从空气中提取高纯度的氧气，用于这些工业生产过程。

与传统的
液氧供应相比，变压吸附制氧技术更加节能和可持续。

此外，变压吸附制氧技术还在环境保护领域中得到了广泛应用。

例如，氧气燃烧技术被广泛应用于处理有机废气。

通过将有机废气与高纯度氧气
混合燃烧，可以将有机物完全氧化为二氧化碳和水，减少对环境的污染。

综上所述，变压吸附制氧技术是一种通过分离空气中的氧气和其他气
体来提供高纯度氧气的成熟技术。

它已经有了很长的发展历史，并在医疗、工业和环境领域中得到广泛应用。

随着技术的不断发展和创新，相信变压
吸附制氧技术将在更多领域中发挥重要作用。

变压吸附制氧技术方案模板标题：变压吸附制氧技术方案一、背景介绍变压吸附制氧技术（Pressure Swing Adsorption, PSA）是一种通过吸附剂对混合气体进行吸附和解吸的方法，利用吸附剂对气体分子的吸附性能差异，实现氧气从空气中的分离和纯化。

PSA技术由于其高效、低能耗和无化学污染的特点而受到广泛关注和应用。

二、制氧技术方案1.概述本制氧技术方案旨在设计和建造一套高效的PSA制氧系统，以满足工业和医疗领域对纯氧气的需求。

2.工艺流程制氧系统的主要工艺流程包括：压缩空气净化、变压吸附、压缩空气解吸和氧气净化减压。

（1）压缩空气净化：通过使用干燥器、过滤器和油凝结器等设备，将进入系统的压缩空气去除水分、油分和悬浮固体，以提高制氧系统的工作效率和稳定性。

（2）变压吸附：采用两个吸附器交替工作的方式，每个吸附器内装填有选择性吸附剂。

压缩空气进入吸附器时，氮气、二氧化碳等成分被吸附剂吸附，而富含氧气的气体流出吸附器进入下一步解吸过程。

（3）压缩空气解吸：解吸过程通过减压来实现，吸附剂中的氧气被解吸出来，并排入产品管道。

同时，另一个吸附器进行再生，即反吹过程，以清除前一周期中吸附剂残余的杂质。

（4）氧气净化减压：经过解吸过程的氧气进入净化系统，进一步去除残余的杂质，以满足不同应用场景的氧气纯度要求。

随后，通过减压装置，氧气被减压至所需的工作压力并通过出口管道输出。

3.设备选型为了保证制氧系统的高效运行，需要选用符合要求的设备，主要包括：（1）压缩机：选用高效节能的压缩机，可提供足够的压缩空气流量和压力，满足制氧系统的工艺要求。

（2）吸附器：选择适应工艺流程的吸附器，具备较高的吸附能力和稳定性，能够承受高压和周期操作。

（3）变压吸附剂：选择具有高吸附选择性、高吸附容量和较低的压降的吸附剂。

（4）净化器：根据氧气纯度要求选择合适的净化器，确保氧气符合使用标准。

4.控制系统制氧系统的控制系统应具备可靠性、稳定性和灵活性，能够实现自动化控制、故障诊断和远程监控。

变压吸附制氧系统节能与环保的应用研究变压吸附式空气分离制氧技术（简称：PSA制氧）是当今小产量氧气制取的主要方法。

但是它却把携带有能量、冷量、并已净化的富氮气体作为废气排到大气中，既浪费了资源，又打破空气中成分平衡。

针对这一种弊病我们研制出了组合式空分制氧-制氮系统。

文章就这一系统的原理、效果及其社会效应进行分析与阐述。

标签：PSA制氧氮；分子筛；节能；环保Abstract：Pressure swing adsorption air separation Oxygen production technology （referred to as：PSA oxygen）is the main method of production of low-yield oxygen. It is to carry the energy，cooling，and purification of nitrogen-rich gas as exhaust to the atmosphere，both a waste of resources，but also break the balance of the composition of the air. In view of this kind of malpractice，we have developed a combined space-divided oxygen-nitrogen system. This paper analyzes and expounds the principle，effect and social effect of this system.Keywords：Oxygen and nitrogen；Molecular sieves；Energy saving；Environmental protection1 概述氧气是医院正常运转的一个基本要素，在国民经济的发展中也发挥着重要作用，空分制氧是利用不同压力下分子筛对氧、氮分子吸附能力的差异，将氧气从空气中分离出来，属于物理式空分过程，也称（pressure swing adsorption 缩写PSA）变压吸附制氧，是迄今为止世界上最先进而又简便的制氧方法，又因为是以取之不尽的空气为原料，所以在我国二甲以上的医院已普遍应用。

便携制氧机原理
便携制氧机原理：
①便携制氧机主要采用分子筛变压吸附技术PSA从空气中分离提取氧气适用于医疗保健高原旅游等场合；
②设备内部填充有专用分子筛材料该材料对氮气与氧气吸附能力存在差异利用这一点实现两者分离；
③工作时首先将空气压缩至一定压力后送入装有分子筛的吸附塔中此时氧气分子优先通过而氮气被吸附；
④经过一段时间后吸附塔内氧气浓度达到饱和状态此时切换阀门将富氧空气输出供用户使用；
⑤同时开始再生过程即将吸附塔内压力降至大气压水平此时被吸附的氮气会从分子筛表面脱离出来；
⑥为提高效率实际应用中通常采用双塔或多塔循环切换模式一个塔吸附时另一个再生如此交替进行；
⑦由于制氧过程中没有化学反应发生因此产出的氧气纯度较高一般可达90%以上；
⑧为保证安全使用制氧机还需配备压力传感器流量计等监测装置以及超压保护自动关机等功能；
⑨用户可根据需求调节氧气流量大小通常通过旋钮或电子显示屏上的菜单选项来实现；
⑩在海拔较高地区由于空气中氧气分压较低使用便携制氧机可以有效缓解缺氧症状提高人体舒适度；
⑪此外对于患有慢性阻塞性肺疾病COPD等呼吸系统疾病的患者而言长期家庭氧疗已成为重要治疗手段之一；
⑫正确理解和掌握便携制氧机工作原理对于合理选购使用维护此类设备具有重要意义。