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行 业：化工 化工机械设备 化工反应设备
发布时间：2020-01-15
变压吸附空气分离制氧技术发展过程
变压吸附空分制氧工艺是二十世纪七十年代初由美国联碳公司和德国AG公司先后开发成功，并开始在日本应用于污泥曝气处理和炼钢。1975年，美国空气与化学品公司（APCI）开发成功真空解吸流程的变压吸附制氧工艺（VSA或VPSA），使氧氮分离效率提高并降低了制氧能耗。因此，变压吸附制氧工艺根据解吸方式的不同可以分为两类：PSA工艺，即在较高压力下吸附、在常压下解吸的工艺；VSA或VPSA工艺，即在常压或略高于常压下吸附、抽真空解吸的工艺。在同等制氧规模下，PSA工艺比VSA（或VPSA）工艺设备简单、投资少，但PSA工艺制氧能耗比VSA（或VPSA）工艺高。在产氧规模较小时，投资占主导地位，PSA工艺较为合适，而在产氧规模较大时，电耗导致的运行费用更加重要，采用VSA或VPSA工艺更为经济。
纵观二十多年来变压吸附空分制氧技术的发展，可以说始终围绕两个重点在做文章：一是新吸附剂的开发利用，二是工艺流程的改进和完善。新型吸附剂的应用和工艺流程的不断改进，使得变压吸附空分制氧装置的性能指标不断提高、装置规模越来越大，目前在规模为6000～10000Nm3/h以下的大多数用氧场合，变压吸附制氧装置因具有能耗低、投资少、操作灵活的优势，比采用深冷工艺的制氧装置更为经济适用，竞争力日渐增强，因而促使深冷空分工艺也不断改进，形成两者互相促进、竞相发展的局面。
吸附剂的性能对变压吸附制氧装置至关重要，其性能水平决定了变压吸附制氧装置可达到的性能极限，变压吸附制氧技术的每一次较大发展也总是与新吸附剂的应用相关联。
这里所说的吸附剂是指制氧装置中用于氮氧分离的主吸附剂，其吸附优先于氧气。早期用于VSA制氧装置的吸附剂为NaX型沸石（至今为止，在PSA装置中仍使用NaX型沸石），之后CaA型沸石成为最常使用的VSA-O2的主吸附剂（国内直到目前仍有一些变压吸附制氧设备制造商在使用CaA型沸石），其后改进的吸附剂品种是CaX型沸石，而近年来在VSA制氧工艺中，LiX型沸石由于性能优异，得到越来越多的应用。
医用制氧机
医用制氧机是利用变压吸附等技术从空气中提取氧气的一种医用设备。适用于医疗机构和家庭进行氧疗与保健。
中文名 医用制氧机 外文名 Medical Oxygen Machine 管理类别 Ⅱ类 分类名称 医用分子筛制氧系统
目录
1 工作原理
2 常见类型
3 用途
4 主要功能
5 适用场所
6 适应症
工作原理
医用制氧机，常见类型为变压吸附制氧机，采用变压吸附技术制氧，能够从空气中将氧气提取出来。在医用制氧机中装填有分子筛，每克分子筛的表面积能达到800－1000m2/g，在加压的情况下，利用分子筛的物理吸附技术和解吸技术，吸附空气中的，未被吸附的氧气则会被收集起来，通过对其进行净化处理，就能够得到纯度比较高的氧气。在对分子筛减压的情况下，之前吸附的会被重新排放到空气中。当再次加压时，又可吸附用于制取氧气，因此，医用制氧机可实现周期性的循环制氧，是一个动态的过程 [1] 。
医用制氧机（变压吸附制氧机）的制氧流程如图所示，制氧原料是空气，空气经过滤后（将空气中的油、尘埃、水分、固体杂质等去除）进入压缩机压缩，压缩后的高压空气经冷却后进入吸附塔进行吸附分离，吸附塔中装有分子筛，其中的和都会被分子筛吸附，从吸附塔中流出的气体就是纯度比较高的氧气，可作为医用氧气。分离得到的部分氧气经单向阀进入储气罐，由减压阀减压后再经流量计、湿化瓶流出供用户使用；另一部分氧气对处于解吸状态的吸附器进行反吹清洗，解吸的经消声器排出 [2] 。
常见类型
富氧膜制氧机
“富氧膜”，是一种具有富集氧气功能的薄膜。富氧膜基于膜分离技术，能够在一定压力下，利用空气中各组分透过膜时的渗透率不同，在压力差下将空气中的氧气富集，达到出口氧气30%的浓度，具有体积小，用电量小等优点。可用于长期的氧疗保健，而严重缺氧状态下所需的急救只能用医疗高浓度氧。
分子筛式制氧机（变压吸附制氧机）
分子筛式制氧机是一种先进的气体分离技术。物理方法（PSA法）直接从空气中提取氧气，即制即用，新鲜自然,最大制氧压力为0.2～0.3MPa（即2～3公斤），不存在高压易爆等危险。
化学药剂制氧机
化学药剂制氧机是采用合理的药剂配方，在特定的场合下使用。的确能满足部分消费者之急用。但由于设备简陋，操作麻烦，使用成本较高，每次吸氧都需要投入一定的费用，不能连续使用等诸多缺陷，不适用于家庭氧疗。
电子制氧机
电子制氧机在药店较常见，采用的是空气中的氧气在溶液中氧化及还原析出的工艺，因而不会像电解水制氧那样产生危险的，整机运行比较安静。但这类产品在搬运及使用的过程中要求非常严格，绝不允许倾斜及倒置，否则其溶液会流入输氧管中喷入鼻腔，对使用者造成严重的损伤。同时使用制氧过程容易产生其他的氧化物，制出的氧气含有化学物质，此类制氧方式耗电较大，据专家介绍.现在世界上最好的电子制氧机使用寿命也难以超过1000小时，在使用过程中必须保证溶液具备合适的浓度，否则不能正常出氧，选择电子制氧机的顾客维护工作一定要做好。
空分
利用分离气体来生产氧气..氩气的一套工业设备。
中文名 空分装置 外文名 AIR SEPARATION UNIT 分 类 深冷分离、膜分离、PSA
目录
1 简介
2 深冷分离法：
3 工艺简述
简介
简单地说，就是用来把空气中的各组份气体分离，生产氧气、和氩气的一套工业设备。还有稀有气体氦、氖、氩、氪、、氡等
深冷分离法：
1、空气过滤系统；除尘过滤，去除灰尘和机械杂质
2、空气压缩机系统；对气体作功，提高能量、具备制冷能力
3、空气预冷系统；对气体预冷，降低能耗，提高经济性。有预冷的一次节流循环比无预冷的一次节流循环经济，增加了制冷循环，减轻了换热器的工作负担，使产品的冷量得到充分的利用；
4、空气净化系统；防爆、提纯；空气是多组分组成，除氧气、等气体组分外，还有水蒸气、、及少量的灰尘等固体杂质。这些杂质随空气进入空压机与空气分离装置中会带来较大危害，固体杂质会磨损空压机运转部件，堵塞冷却器，降低冷却效果；水蒸气和在空气冷却过程中会冻结析出，将堵塞设备及气体管道，致使空分装置无法生产；进入空分装置后会导致爆炸事故的发生，所以为了保证制氧机的安全运行，清除这些杂质是非常有必要的。
利用固体吸附剂是对气体混合物中多组分吸附能力的差异进行的；氧氮产量比1：（2.5~3.5）；
作用：吸附空气中的水分、、、、、重烃、N2O等杂质。
5、空气压缩膨胀系统；制冷系统，换热系统，在膨胀过程中，有外功输出，膨胀后气体内位能增大，需要消耗能量，这些能量需要用动能补偿，故气体温度必然降低。换热系统：实现能量传递，提高经济性，低温操作条件；
6、空气分离系统；氮/氧分离主精馏塔系统组成
空气分离，可将适量的膨胀空气（占空气的20%~25%）直接送入上塔进行精馏；从下塔顶部或冷凝蒸发器顶盖下抽取，复热后进入透平膨胀机，经膨胀机并回受其冷量后，作为产品输出或者放空。
7、氧气压缩；
8、压缩；
9、液体储存汽化系统；
工艺简述
流路简述
原料空气在空气吸入过滤器中去除去灰尘和机械杂质后，进入空气透平压缩机中，借助中间冷却器进行中间冷却，将空气压缩至约0.62MPa(A)左右，然后进入空气冷却塔中冷却。
空气在直接接触式空气冷却塔中与水进行热质交换，降温至～10℃，然后进入交替使用的分子筛吸附器。用于冷却空气的水有两部分：一部分为常温水，由泵加压后进入空冷塔中部；另一部分称为冷冻水，该股冷冻水由普通冷却水经水氮塔冷却，而后经过深冷水泵加压进入空冷塔的顶部。
出空冷塔空气进入分子筛吸附器，分子筛吸附器为立式双床层，用来清除空气中的水份、和一些碳化合物，从而获得干净而又干燥的空气。两台吸附器交替使用，即一台吸附器吸附杂质，另一台吸附器则由污进行再生。
净化后的加工空气分成两路:一路被称作膨胀空气，首先经过一个精细过滤器滤去机械杂质，而后进入膨胀机增压端增压，增压后的空气首先在增压机后冷却器中被冷冻水冷却，然后进入主换热器中的膨胀气通道，被相邻通道中的返流气冷却后，再从主换热器中部抽出，进入透平膨胀机中膨胀，膨胀后的空气进入上塔中部参加精馏；另一路空气直接进入主换热器被冷却至露点温度进入下塔。
已冷却的空气进入下塔参加精馏。进入下塔的空气通过塔板上的筛孔使塔板上的液体蒸发，由于氧、氮、氩的沸点间的差异，使更多的从液体中蒸发出来，同时经过塔板的空气中更多的氧组分被冷凝下来。最终在下塔底部获得含氧38%的富氧液空，而在下塔顶部获得纯氮。
下塔顶部的经过冷凝蒸发器，与来自上塔底部的液氧进行热交换，液氧被蒸发，而被冷凝，一部分冷凝再回到下塔作回流液，另一部分，在过冷器中进行过冷，然后送入上塔顶部作为上塔的回流液。从下塔底部抽出富氧液空，在过冷器中过冷，其中一部分富氧液空提供给粗氩塔冷凝器作为冷源，另一部分送入上塔中部参加精馏。
以不同状态进入上塔的各物料：液空、、来自粗氩塔冷凝器的液空蒸汽和膨胀空气，通过上塔的进一步分离，在上塔底部获得纯度为99.6%的液氧，可使用液氧泵提高压力后，经主换热器复热至～12℃后出冷箱转换为不同压力的氧气产品送出。
从上塔的上部抽出污，经过冷器、主换热器复热后部分去纯化系统作再生气，另一部分去水氮塔。从上塔顶部抽出的，经过冷器、主换热器复热后分成两股，一股作为产品并入管网，另一部分送入预冷系统的水氮塔。
从上塔的中部抽取一定量的氩馏份送入氩塔，氩塔在结构上分为两段，两段之间由液氩泵连接，第二氩塔底部的回流液经液氩泵送入第一氩塔顶部作为回流液，经过氩塔精馏，在塔上部获含氮量极低的氩气，并更换冷源进行进一步精馏，除去氩气中的残余氧同时进行液化得到液体纯氩，分析合格后送入液氩储存系统。
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