经济适

用性

气体产品种类多，气体纯度高，适
用于大规模制气、用气场合。

投资小、能耗低，适用于氮气纯度

79%～

99.99 的中小规模应用场合。膜分离制氮
能耗在氮气纯度

99%以下和变压吸附制

氮能耗相差不大，氮气纯度

99.5%以上

经济性比变压吸附差。膜分离制氧工艺尚
不成熟，一般产氧纯度

21%～45%，基

本未得到工业应用。

投资小、能耗低，适用于氧气纯度

21%

～

95%、氮气纯度 79%～99.9995 的

中小规模应用场合。

RICH 牌节能型变

压吸附系列制氮装置经济性优异，特
别是氮气纯度

99.9%以上的设备更体

现了变压吸附空分法的无与伦比的优
势。

注：其他供气方式是基于上述空分制气产业基础上的产业延伸，供气过程产生了中间环节的费用，增加了用气成本，可操作
性差，其中运输式和钢瓶式供气存在较大安全隐患。

变压吸附空分制氧工艺原理

★ 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（0.10 Å）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

吸附压力

KPa

解吸压力

KPa

氧气纯度

制氧电耗

KWh/m

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。目前的趋势是：使用高效
制氧吸附剂、尽量减少吸附塔数量并采用短操作周期，以提高装置的效率并尽可能节约投资。

中控

空分装置自动化解决方案

一、

前言