真空变压吸附制氧装置 分体式制氧机 制氧制氮机 维麦

真空变压吸附制氧装置 分体式制氧机 制氧制氮机 维麦

制氮原理 正常的空气成分按体积分数计算是：氮(N2)约占78%，氧(O2)约占21%，稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn), (CO2)约占0.031%，还有其他气体和杂质约占0.03%，如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、 (NO2)、水蒸气（H2O）等。 碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。

一、制氧系统原理说明 1. PSA变压吸附法制氧 变压吸附法即PSA（ Pressure Swing Adsorption）法， 初由Skastorm和Guerin de Montgareuie及Domin分别独立揭示了利用压力的涨落来分离空气的概念，至70年代PSA法分离空气制氧得到了发展。基于分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。分子筛变压吸附分离空气制取氧气的机理，一是利用分子筛对氮的吸附能力大于对氧的吸附能力来分离氧和氮；二是利用氧在碳分子筛微孔系统狭窄空隙中的扩散速度大于氮的扩散速度，使在远离平衡的条件下可分离氧和氮。 变压吸附制氧分高压吸附常压解吸（PSA）和常压吸附真空解吸（VSA）及低压吸附真空解吸（VPSA）三种工艺流程。其实三种工艺流程只是操作压力稍有差异，本质都是一样的。而低压吸附真空解吸的VPSA流程能耗标准又是 低的，并且装置稳定、可靠、经济、工艺先进，代表着PSA发展的趋势，所以现在采用的和通常所说的变压吸附制氧装置一般都是VPSA装置。本公司推荐和采用的也是这种VPSA装置。 在利用变压吸附法制取氧气时使用的吸附剂一般为沸石分子筛，它是碱或碱土元素例如钠、钾、钙的结晶态铝硅酸盐。它的基本结构是由SiO4和Alo4四面体共享氧原子而构成的，是一种自身具有微孔结构且孔径大小均匀的强吸附剂。这种吸附剂Si-Al阳离子表现出很强的极性，在常温低压的情况下，这种极性吸附剂对于非极性N2和O2产生强吸附力。沸石分子筛对N2产生的吸附力比对O2的强，吸附速度也快。对于变压吸附制氧过程而言N2优先被吸附在沸石分子筛的微孔内，O2除了少量被吸附外，大部分优先逃逸出沸石分子筛，由输气管道排出而富集成产品氧气。但沸石分子筛对于氧气和氮气有分离效果，而对于氧气和氩气却不具有吸附选择性。所以变压吸附法制取的氧气浓度不超过95.6%。变压吸附制氧的循环周期短、吸附热来不及散失，所以可供给解吸用，吸附床层温度变化很小，可以近似的将其作为等温过程来处理。 2.变压吸附过程的关键技术 2.1吸附剂的选择 吸附剂的良好吸附性能是吸附分离过程的基本条件，选用吸附性能优越的吸附剂可以减少吸附剂的用量和减轻制氧装置的重量体积，也减少空气耗量。对于空分制氧采用的吸附剂，一般都应具备如下性能： （1）大的比表面积 由于吸附剂和吸附质之间的“范德华吸附”通常只发生在固体表面几个分子直径的厚度区域，单位面积固体表面所吸附的气体量非常小，因此所用的富氧吸附剂必须有足够大的比表面积。 （2）高强度和耐磨性 吸附剂颗粒在工艺过程中经历气体的反复冲刷和压力的频繁变化，同时还伴有吸附过程中的温度变化，因此如果吸附剂没有足够的机械强度和耐磨性，则易产生破碎粉化现象，使分离效果下降，并且生成的粉末会堵塞管道和阀门，使整个分离装置的生产能力下降。 （3）吸附剂颗粒大小均匀 富氧分子筛的外形为球形，直径为1.6～2.5mm左右，吸附剂颗粒大小均匀，可使空气流通过吸附塔时分布均匀，避免产生气体的返混现象，提高分离效果。 2.2程控阀门的选择 在VPSA装置中，程控阀门不仅可以控制气流的通与断，也可以切换吸附塔的工作状态，而实现床层的吸附和再生，因此VPSA装置对程控阀门的操作指标和要求均比一般阀门高，应具有良好的密封性能、快速的启闭速度、调节能力和频繁的开关寿命。 2.3吸附器的设计 变压吸附装置的吸附器按作用和压力等级划入二类压力容器，由于他在使用期内将承受几百万次全幅度交变压力的频繁变化，属于疲劳压力容器，因此需经专门实验按交变压力要求设计。 变压吸附装置的气流分布器的结构也有特殊要求，如果结构不合理，就会造成气流分布不均，易产生气流返混。尤其对于大直径的吸附器，气流分布器设计是否正确合理对于装置能否正常运行更重要。 2.4 PLC控制装置运行 目前VPSA制氧装置所使用的PLC可有效的控制程控阀的开关、调节和监控系统，安全可靠。可实现如下功能：在程控阀门、控制线路、产品气杂质等方面出现问题时自动报警、及时判断故障范围和影响程度，并自动切断出现故障的吸附塔，待故障处理完成后，可自动恢复到正常运行状态。 另外参数自动优化功能可以根据原料气进料量的变化、产品气纯度的变化等随时的对吸附时间进行调整。在保证产品气质量的前提下获得 高的气体回收率。