早期開發的變壓吸附制氧設備的共同點有以下幾個方面:
(1)大多采用高于大氣壓吸附、常壓解吸流程,吸附塔有兩個到四個;
(2)空氣進入吸附塔前,經過脫水預處理;
(3)設備可靠性差,不能連續穩定運行,導致大部分設備報廢;
(4)技術、經濟指標落后。
20世紀90年代是我國變壓吸附制氧技術突飛猛進向前發展的時期,變壓吸附制氧技術逐漸成熟。
變壓吸附空分制氧始創于20世紀60年代初(Skarstrom, 1960; Guerin de Mo
ntgarenil & Domine, 1964),并于70年代實現工業化生產。在此之前,傳統的工業空分裝置大部分采用深冷精餾法(簡稱深冷法)80年代以來至今CaX和LiX等高吸附分離性能的沸石分子篩的相繼開發利用和工藝流程的改進,使得變壓吸附空分技術得到迅速地發展,與深冷空分裝置相比,PSA過程具有啟動時間短和開停車方便、能耗較小和運行成本低、自動化程度高和維護簡單、占地面積小和土建費用低等特點。在不需要高純氧的中小規模(小于100噸/天,相當于3000Nm3/h )氧氣生產中比深冷法更具有競爭力。廣泛的應用于電爐煉鋼、有色金屬冶煉、玻璃加工、生產、炭黑生產、化肥造氣、化學氧化過程、紙漿漂白、污水處理、生物發酵、水產養殖、和軍事等諸多領域(楊,1991; Kumar, 1996; Jee, Park, Haam & Lee,2002)。四是變壓吸附制氧與深冷法制氧對比有以下特點:投資低,流程簡單,占地少,設備少,運動部件少。
環境空氣經空壓機壓縮增壓后,經冷除水過濾器凈化(除水、除塵),進入兩只裝有沸石分子篩的吸附塔組成的變壓吸附裝置;壓縮空氣由下至經吸附塔的過程中,空氣中氮、二氧化碳、水蒸氣等在分子篩表面被吸附,未被吸附的氧在吸附塔頂部聚集作為產品氣流出進入氧氣緩沖罐,經計量和純度檢測合格后送用戶使用。經大約一分鐘時間后,只吸附塔中的分子篩吸附劑被所吸附的氮分子吸附飽和,需進行再生,以便為下次吸附做準備。此時壓縮空氣轉而進到第二只再生好的吸附塔繼續吸附;變壓吸附制氧機主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣平衡罐組成。再生是通過吸附塔停止吸附步驟,將吸附塔內的壓力泄放到環境大氣壓來實現的。兩只吸附塔交替進行吸附和再生,從而實現氧氣的連續生產。