空气分离制氧的主要工艺

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空气分离制氧主要工艺
1.深冷分离工艺: 传统制氧技术，氧气纯度高、产品种类多，适用于大规模制氧。
2.变压吸附工艺(PSA): 新兴技术，投资小、能耗低，适用于氧气纯度不太高、中小规模应用场合。
3.膜分离工艺: 尚不成熟，基本未得到工业应用。
■ 变压吸附制氧技术特点——与深冷制氧技术相比
l 工艺流程简单，不需要复杂的预处理装置；
l 产品氧气纯度可达95%，氮气含量小于1%，其余为氩气；
l 制氧规模10000m3/h以下时，制氧电耗更低、投资更小；
l 装置运行自动化程度高，开停车方便快捷；
l 装置运行独立性强，安全性高；
l 装置操作简单，操作弹性大（部分负荷性优越，负荷转换速度快）；
l 装置运行和维护费用低；
l 土建工程费用低，占地少。
■ 深冷空分制氧工艺与变压吸附制氧工艺的比较

类别                                        项目	深冷空分制氧装置	变压吸附制氧装置
分离原理	将空气液化，根据氧和氮沸点不同达到分离	加压吸附，抽真空解吸，利用氧氮吸附能力不同达到分离
装置主                                        要特点	工艺流程复杂，设备较多，包括空气压缩系统，空气预冷系统，空气纯化系统，膨胀机组，换热系统和精馏塔等。	工艺流程简单，设备少，包括鼓风机、真空泵和吸附塔等
工艺特点	-160～-190℃低温下操作	常温操作
操作特点	启动时间长，一般在15～40小时，必须连续运转，不能间断运行，短暂停机，恢复工况时间长。	启动时间短，一般≤30min，可连续运行，也可间断运行。
维护特点	设备结构复杂，加工精度高，维修保养技术难度大，维护保养费用高。	设备结构简单，维护保养技术难度低，维护保养费用低。
土建及                                        安装特点	占地面积大，厂房和基础要求高，工程造价高。                                        安装周期长，技术难度大，安装费用高。	占地面积小，厂房无特殊要求，造价低。                                        安装周期短，安装费用低。
制氧成本	中小型制氧电耗高，约为0.5～1.0KW/Nm3	制氧电耗低，约为0.32～0.35KW/Nm3
安全性	设备受压力容器规范控制。可造成碳氢化合物局部聚集，存在爆炸的可能性。	操作压力低，不受压力容器规范控制，不会造成碳氢化合物的局部聚集

★ 变压吸附空气分离制氧原理
     空气中的主要组份是氮和氧，通过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（0.31Å）比氧的（0.10Å）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。
     图1、变压吸附气体分离基本原理示意图
     氩气和氧气的沸点接近，两者很难分离，一起在气相得到富集。因此变压吸附制氧装置通常只能获得浓度为90%~95%的氧气（氧的极限浓度为95.6%，其余为氩气），与深冷空分装置的浓度99.5%以上的氧气相比，又称富氧。
     ★ 变压吸附空分制氧装置工艺简述
   从上述原理可知，变压吸附空分制氧装置的吸附床必须至少包含两个操作步骤：吸附和解吸。因此，当只有一个吸附床时，产品氧气的获得是间断的。为了连续获得产品气，通常在制氧装置中一般都设置两个以上的吸附床，并且从节能降耗和操作平稳的角度出发，另外设置一些必要的辅助步骤。
   每个吸附床一般都要经历吸附、顺向放压、抽空或减压再生、冲洗置换和均压升压等步骤，周期性地重复操作。在同一时间，各个吸附床则分别处于不同的操作步骤，在计算机的控制下定时切换，使几个吸附床协同操作，在时间步伐上则相互错开，使变压吸附装置能够平稳运行，连续获得产品气。
     根据解吸方法的不同，变压吸附制氧又分为两种工艺（参见表1）：
     1、PSA工艺：加压吸附（0.2～0.6MPa）、常压解吸。投资小、设备简单，但能耗高，适用于小规模制氧的场合。
     2、VPSA工艺：常压或略高于常压（0～50KPa）下吸附，抽真空解吸。设备相对复杂，但效率高、能耗低，适用于制氧规模较大的场合。

表1、PSA和VPSA制氧装置主要参数比较

工艺流程	适宜规模                                      m3/h	吸附压力                                      KPa	解吸压力                                      KPa	氧气纯度                                      %	制氧电耗                                      KWh/m3	氧气收率                                      %
PSA	≤200	200～600	大气压	80～93	0.7～2	30～45
VPSA	100～10000	0～50	－45～－80	80～95	0.3～0.5	46～68

   对于实际的分离过程，还必须考虑空气中的其它微量组份。二氧化碳和水份在通常的吸附剂上的吸附能力一般要比氮和氧都大得多，可在吸附床内填加合适的吸附剂（或利用制氧吸附剂自身）使其被吸附清除。制氧装置所需的吸附塔数目取决于制氧规模、吸附剂性能和工艺设计思路，多塔操作时运行平稳性相对更好一些，但设备投资较高。

chenhaijunsjy

前来学习，多谢楼主！

zhangf20062006

强大，PLC控制动作能说下不

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怎么没有图啊

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谢谢楼主分享！

kenny4256

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lumbricus

这个比较表上，如果增加上适用规模就更好了

北湖之花

linsunche

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朋友 你应该整理一下再传上来

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jafe306

这东西我收了！谢谢楼主！马后炮化工论坛真好！

michael1616

搂主分子筛采用的是哪一家的分子筛，能否提供分子筛的参数？如：收率、颗粒大小、堆密度、分子筛硬度，年损耗率，是否有吸附曲线？谢谢

liguangyu1901

楼主发贴辛苦了，谢谢楼主分享！我觉得马后炮化工论坛是注册对了！

青木老贼

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syl38133

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