变压吸附( PSA) 空分制氧技术进展

空气分离的几种主要技术变压吸附（PSA）空气分离技术自世界上第一套变压吸附制氧设备用于废水处理出现来，PSA工艺得到了迅猛的发展，相继用于提取氢气、氦气、氩气、甲烷、氧气、二氧化碳、氮气、干燥空气等应用中。

与此同时，各种吸附剂品种和性能也得到显著的提高。

随着吸附剂性能和品种不断提高，新的纯化分离技术被用于优化的吸附工艺。

变压吸附制氧工艺经历了超大气压常压解吸流程到穿透大气压真空解吸流程。

吸附床数量也有数床转化到双床直至单床。

使流程更实用经济。

1.变压吸附工艺一般包括以下四个步骤：（1）原料空气通过吸附床的入口端，在高吸附压力下选择吸附氮气（根据生产气而定），而未被吸附的产品（氧）从吸附床的另一端释放出来。

（2）吸附床泄压到较低的解吸压力，解吸出来的氮气从吸附床的进料端排出。

（3）通过引入吹除气进一步解吸被吸附的氮气。

（4）吸附床重新增压到较高的吸附压力。

在一个周期内按照上述顺序重复操作并随后按需补入原料气即可继续得到产品气。

2.VPSA双床制氧工艺过程简介, 双床VPSA制氧工艺流程简图1 -12所示。

系统包括一台空气增压机，内装高效吸附能力的合成氟石分子筛，切换阀门一套，真空泵一台，富氧缓冲罐一台以及计算机控制系统。

该装置在一个循环周期内大致经历（1）吸附床以某一中间压力增压到高的吸附压力。

（2）在较高吸附压力条件下，从吸附床进料端引入原料空气并从吸附床出口端流出很少被吸附的富氧产品气。

（3）顺放（或均压）用吸附床产品端释放出来的气体对系统中的另一初始压力较低的吸附床充压至某一中间压力。

（4）逆流泄压到较低的解吸压力，吸附床内废气从原料进口端释放出来。

（5）接着，吸附床被均压到前面所说的某一中间压力，均压气流经吸附床产品端，它来于系统中另一初始压力较高的吸附床。

1进口过滤器2空气压气机3冷却器4真空泵5、6吸附床7储气罐8备用液态氧9氧压机10负载跟踪装置11计算机控制和分析装置12远程控制中心图1-12双床流程简图此外，在每只吸附床的相同部位对床层内温度进行监测，以便跟踪每个床内的温度曲线。

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。

变压吸附空气分离技术的开发与应用顾飞龙(上海化工研究院,上海市200062) 摘　要　介绍了变压吸附技术的基本原理及其开发与应用,并对今后变压吸附空气分离技术的发展方向提出了看法。

关键词　空气分离　变压吸附　制氧　制氮1　引言 传统的气体分离工艺有溶剂吸收法和低温分离法两大类。

由于吸收法需耗用大量水、蒸汽等,低温蒸馏法虽技术水平日臻完善,但单位产量能耗较高,所以这两种分离方法正逐渐地丧失它们的领地。

近30年来,变压吸附(简称PSA )技术作为非低温法的代表,与膜分离等新型分离方法一起迅猛发展,包括中小型空气分离装置在内,PSA 技术以独特的优点,不断拓展了其工业应用领域,并逐步走向大型化。

2　变压吸附基本原理 211　吸附的定义 当两相组成一个体系时,两相界面处的成分与相内成分是不同的,在两相界面处会产生积蓄(浓缩),这种现象称为吸附;而被吸附的原子或分子返回到液相或气相的过程,称为解吸。

在两相界面处,被吸附的物质称为吸附质,吸附相称为吸附剂。

212　常用的吸附剂 主要有活性白土、硅胶、活性氧化铝、活性碳、碳分子筛、合成沸石分子筛等。

吸附剂制造工艺的发展已能合成出孔径分布均一、微孔直径可按需确定的吸附剂,使分离某些分子、原子大小非常接近的一些介质成为现实。

一些新型吸附剂和专用吸附剂的开发成功,使变压吸附工艺和应用领域不断向前发展。

213　吸附剂的再生 为使吸附分离法经济有效地应用,除吸附剂要有良好的吸附选择性能外,吸附剂的再生也很关键。

吸附剂的再生程度直接影响着吸附剂的吸附能力及产品的纯度。

吸附剂的再生时间在一定程度上决定了吸附剂循环周期的长短,同时也决定了吸附剂的效率。

因此,选择合适的再生方法,对吸附分离法的工业化起着重要的作用。

按吸附剂的再生方法可将吸附分离循环过程分为变温再生吸附法和变压吸附法两大类,见图1。

图1　变温、变压吸附示意图 21311　变温再生吸附法 在较低温度下吸附,随后通过加热升温的方法使吸附剂解吸再生。

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。

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PSA制氧机的工作原理和应用1. 概述PSA（Pressure Swing Adsorption）制氧机是一种通过变压吸附来分离空气中的氧气和氮气的设备。

它是一种重要的气体分离技术，在许多领域中得到广泛应用。

本文将介绍PSA制氧机的工作原理和应用领域。

2. 工作原理PSA制氧机的工作原理基于吸附剂对不同气体的选择性吸附性质。

以下是PSA制氧机的工作步骤：2.1 压缩步骤1：空气经过进气管道进入制氧机，经过压缩机被压缩到一定的压力。

此压力通常在3到10巴之间，以便达到良好的吸附效果。

2.2 吸附步骤2：压缩空气进入PSA吸附器。

吸附器中装填有吸附剂，通常使用分子筛。

吸附剂能够选择性地吸附气体，将氧气富集在吸附剂上，而氮气则通过。

步骤3：当吸附剂吸附满氧气后，需要进行再生以恢复吸附能力。

此时需要将吸附器中的压力降低到大气压，以释放吸附剂上的氧气。

2.3 汇集步骤4：经过吸附的氧气被汇集到氧气储存缸中，在此缸中氧气可以进一步净化，以达到所需的纯度。

3. 应用领域PSA制氧机具有广泛的应用领域，以下是几个常见的应用：3.1 医疗行业•氧疗治疗： PSA制氧机可用于医院的氧疗治疗，为呼吸困难的患者提供高纯度的氧气。

•手术室供氧：在手术室中，PSA制氧机可为手术过程中需要高浓度氧气的环境提供所需的氧气。

3.2 制造业•金属切割和焊接： PSA制氧机可以为金属切割和焊接过程提供所需的高纯度氧气，以提高工作效率和质量。

•化学反应：在某些化学反应中，需要控制氧氮比例以实现最佳反应效果。

PSA制氧机可以提供所需的氧气。

3.3 食品和饮料工业•食品脱氧：在食品和饮料工业中，氧气通常用于食品脱氧，以延长食品的保质期和改善口感。

•酿酒：在酿酒过程中，PSA制氧机可以为酵母发酵过程中产生的二氧化碳提供所需的氧气，以促进发酵过程。

3.4 其他领域除以上应用外，PSA制氧机还可以在其他领域得到应用，例如：环保、航天、燃烧和高海拔地区的氧气供应等。