小型變壓吸附制氧工藝技術(shù)研究

楊哲哲

濰坊偉士昕氣體設(shè)備有限公司 山東濰坊 2 6 1 0 0 0

氧氣在人類生活中起著非常重要的作用，它不僅為人類的生存提供了必要的條件，而且還適用于生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，小型變壓吸附制氧（PSA）技術(shù)已經(jīng)變得越來越成熟，并已用于醫(yī)院、鋼鐵、石化、玻璃和其他制造行業(yè)。由于其方便、快速、有效和可持續(xù)的氧氣供應，近年來對通過變壓吸附生產(chǎn)氧氣的方法進行了不斷的改進和應用。

1 小型變壓吸附制氧的分析

1.1 制氧工藝

工藝流程是生產(chǎn)PSA氧氣的關(guān)鍵。該設(shè)備在PSA氧氣生產(chǎn)過程中使用兩個吸附塔來生產(chǎn)氧氣。使用進氣過濾器處理原始空氣，以去除固體污染物（例如灰塵）并進入壓縮機。壓縮后的空氣被送到熱交換器中進行冷卻，而冷卻后的空氣則被送到空氣存儲裝置，再用吸附塔進行吸附分離。分離出的部分產(chǎn)品氣體通過單向閥到達氧氣存儲罐。然后通過控制閥門將其減壓，再通過氧氣過濾器進行清潔，并通過流量計將其調(diào)節(jié)至相應的流量。吸附塔B通過反沖洗進行清洗，待消音器關(guān)閉后，富氮解析氣體會通過相應的電磁閥自動釋放。

PSA氧氣生產(chǎn)過程主要包括以下個階段的吸附循環(huán)，以進行增加壓力、壓力均衡、減壓脫附和沖洗的操作：（1）吸附以增加壓力：通過吸附塔入口調(diào)節(jié)壓力，使得塔中的壓力開始增加。空氣與塔中的分子篩完全接觸，然后吸附氮氣，最后使得氧氣流過吸附塔的氣體出口。（2）壓力均衡：吸附塔A中的分子篩達到飽和，停止吸附并與已被沖洗的吸附塔B連通，吸附塔中有高壓氣體流入，在吸附塔B中，兩個吸附塔的壓力已達到基本平衡，并且可以有效利用吸附塔A中的氣體和能量。（3）減壓脫附：待調(diào)節(jié)壓力操作完成后，吸附塔A對吸附塔中的氣體進行減壓并直接釋放，使分子篩吸附的大部分氮解析，使分子篩再生，最后使分子篩再循環(huán)。（4）沖洗：使用從吸附塔A流出的富氧氣體解析吸附塔B，進行反洗以去除殘留的氮，進而提高解析效果并從分子上提高吸附塔中分子篩的再生能力[1]。

1.2 分析儀器

使用某科技有限公司的在線氧氣分析儀CY678L進行氧氣體積分數(shù)測試。測量范圍：9.9%-99.97%；屏幕分辨率：91%；樣氣流速：197-389ml / min；環(huán)境溫度：0-47.3℃；相對濕度：＜87.93%。

2 結(jié)果與討論

2.1 相關(guān)壓力對氧氣濃度和回收率的影響

圖1示出了吸附壓力對氧氣濃度的影響（測試條件：氧氣流量5l / min）。

圖1 吸附壓力對氧氣濃度和回收率的影響

在圖1中可以看出，氧濃度隨著吸附壓力的增加而增加?；厥章逝c氧氣濃度的增加相同，回收率隨著壓力的增加而增加。氧氣濃度的增加多少反映了氧氣回收率的增加情況，因為隨著壓力的增加，分子篩的氮吸附能力也隨之增加，這有利于氧氣的分離，從而進一步提高了回收率。

2.2 補償時間對制氧量的影響

設(shè)計壓力均衡器，以便高壓氣體在吸附塔中完全回收。一方面，可以有效地利用已完成吸附的吸附塔中的最高壓力來減少吸附過程中的能耗。另一方面，可以平衡大部分氧氣量。等到空氣被再次吸收和分離，就能提高氧氣的回收速度。在本研究中，如果產(chǎn)品的氣體流量為4l，氧氣出口壓力為0.03MPa，吸附時間為4.9s。可以看出，產(chǎn)物中氧氣體積的比例隨著壓力均衡時間的增加而迅速增加，并且在達到最大值之后逐漸減小。具有均壓步驟的產(chǎn)物氣體的氧氣體積比例明顯大于沒有均壓步驟的產(chǎn)物氣體的氧氣體積比例。此時，吸附壓力隨均壓時間的增加而增加。這是因為在較短的壓力平衡時間下，在相同壓力下進入吸附塔的氣體量較低，所以塔內(nèi)的壓力較低。如果吸附時間恒定，則吸附初期的壓力低，那么吸附效果就會比較理想。吸附時間短，吸收的氮量少，釋放的氧量就少。在產(chǎn)物氣體流量恒定的條件下，如果產(chǎn)物氣體中氧氣體積的比例小，那么隨著均壓時間的增加，吸附塔的壓力在均等壓力下將會變得更大且更有效。釋放的氧氣量和產(chǎn)生的氧氣量隨著吸附時間的增加而增加，當均壓時間增加到0.8s時，從均壓塔中分子篩脫附的氮進入均壓塔，從而產(chǎn)生產(chǎn)物氣體。氧氣量的比例降低，隨著均壓時間的增加，進入吸附塔的氣體量因吸附壓力增加。

2.3 氧氣流量對氧氣濃度和回收率的影響

氧氣流速對氧氣濃度和回收率具有很大的影響（測試條件：吸附時間為7s，壓力均衡時間為1.2s）。在小于6.00升/分鐘的流速下，氧氣濃度基本上保持在大約94.47%。當氧氣流量增加至7.00l/ min時，氧氣濃度迅速降至88.79%。如果分子篩的質(zhì)量恒定，則其在空氣中的氮吸附能力是恒定的，即氧氣的生產(chǎn)能力是固定的[2]?；厥章孰S流量的增加而增加，這完全與氧氣濃度隨流量的變化趨勢相反。通過調(diào)節(jié)產(chǎn)氣結(jié)束時的流量，將排放量設(shè)定為較小值時，一些氧氣就無法進入儲氧罐，并會與解析的氮氣一起排放，這導致此時的回收率較低。隨著流出量的增加，更多的氧氣被去除。隨著工作量的增加，回收率繼續(xù)增加，即使氧氣濃度降低，回收率也繼續(xù)增加[3]。

3 結(jié)語

隨著小型變壓吸附制氧技術(shù)的發(fā)展，我國的制氧工程有了很大地改進。在實際應用中，還需要采取必要的安全措施，綜合性地提高我國的制氧水平。