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PSA制氧

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PSA制氧技术发展的主要因素包括:高性能程控阀门技术、高性能富氧吸附剂技术和流程技术,目前,上述技术均得到有效的解决,采用进口的德国分子筛、进口程控阀门再配以国内自行研制的流程可以方便的制取富氧。
PSA制氧设备是利用变压吸附技术采用专用吸附剂在常温下将空气中的氧气富集出来的设备。变压吸附(Pressure Swing Adsorption,简称PSA)是一种先进的气体分离技术,使用分子筛通过加压吸附、减压脱附,循环操作的过程。产品气中通常含有氧气、氩气和少量的氮气。吸附剂是PSA制氧设备的核心部分。PSA制氧设备选择的是进口5A分子
筛或自行研制的吸附剂,它吸附空气中的氮气、二氧化碳、水分等,而氧气不能被吸附。如图:


产品名称:变压吸附制氧设备     所属类别:变压吸附设备

产量(Nm3/h):50,80,100,120,150
产品氧气纯度:90%-95%
产品氧气出口压力:0.4-0.5Mpa
能耗: ≤0.35kwh/m3 O2
变压吸附制氧设备特性:
(1)分子筛性能先进,用量少,使用寿命长。
(2)产品氧气产量较高。
(3)与同类产品相比,该设备具有生产单位氮气其能耗及冷却水消耗都较低的特点。
(4)整套设备的自动化程度高。

一、变压吸附制氧基本原理: 

变压吸附制氧的基本原理是利用空气中的氮气和氧气在沸石分子筛(ZMS)上因压力不同而吸附性能的差异来进行氧氮分离。根据吸附分离的解吸压力不同,通常我们将变压吸附制氧分成两种不同的工艺流程,用户可根据不同的工况要求,选择适合的流程以达到最低单耗的目的。变压吸附设备单位能耗达到0.4~0.5KWh ,与全低压大深冷空分相当。无论在设备投资,还是在操作成本方面都具有较强的竞争力。
1、 常压解吸变压吸附制氧
压缩空气经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水,进入装有氟石分子筛(ZMS)的吸附塔,空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附剂吸附,氧气则穿过吸附床层被分离。当吸附塔内被吸附的杂质达到一定的程度后,对大气脱附解吸,使吸附剂再生。由两塔、三塔组成的吸附分离系统在PLC或DCS系统的控制下循环切换完成连续产氧,即所谓常压解吸变压吸附制氧(PSA-O)。
2、 真空解吸变压吸附制氧(VSA-O)
经鼓风机后的原料空气,净化除去粉尘再进入装有沸石分子筛(ZMS)的吸附塔。空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附剂吸附,氧气则穿过吸附床层被分离。当吸附塔内被吸附的杂质达到一定的程度后,先对大气脱附解吸,再利用真空泵抽真空使吸附剂得以彻底再生。由两塔、三塔组成的吸附分离系统在PLC或DCS系统的控制下循环切换完成连续产氧,即所谓真空解吸变压吸附制氧(VPSA-O)。
二、变压吸附设备的特点:
变压吸附是一种先进的气体分离技术,它在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位 变压吸附制氧设备主要特点
1、 装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省
2、 装置占地面积小,可用于室内、外操作
3、 装置自动化程度高,开停车方便快捷;
4、 装置运行和维护费用较深冷法制氧低;
5、 装置运行独立性强,稳定性好,可靠性高,常温低压下工作,安全性能好
6、 装置规模可从0.2-5500 Nm3/h,产品氧气纯度可达25-95%;
7、 装置出口压力:常压解吸设备0.3-0.55MPa,真空解吸设备15KPa.均可采用扩展配置增压使用。
三、变压吸附制氧设备的基本组成 
1、原料空气压缩机或风机
2、气源预处理系统。(含除油、除尘、除水和冷却设备) 
3、吸附塔(内装干燥剂和分子筛)
4、原料空气和成品氧气缓冲塔
5、切换阀门及配气管
6、真空泵(用于真空解吸流程)
7、氧气增压机及灌充装置
8、设备自动控制系统、纯度检测系统
9、纯度调节及配气系统 (根据不同的流程和不同的要求选择配置)
四、变压吸附制氧设备安装运行条件
1、安装条件:安装现场应清洁、平整,吊车或叉车容易到达并进行安装;
2、使用环境要求:安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀气体,通风良好;
3、配套条件:电源:380V/50Hz/3相五线;
冷却水:符合工业用冷冻、冷却水。 
五、变压吸附制氧设备选型注意事项:
1、在具体选型前首先确认对所需氧气设备最终产品气的要求,在制造厂商的建议下确定所需设备的流程;
2、考察设备设计的合理性(每一个配件的设置是否合理,必需,并发挥其最大功效);
3、考察设备运行的可靠性(考证设备设计中保证措施的合理性);
4、制造厂商研究开发能力、制造经验及水平;
5、 全面计算制氧设备的成本(设备价格、投入设备所必备的水、电、场地及其费用,设备的使用维护成本,设备的使用寿命),而不仅仅只考虑设备的价格。
六、应用范围
电炉炼钢、有色金属冶炼、富氧炼铁 
化肥造气、化学工业中各种氧化、煤的气化、臭氧发生 
工业加热炉助燃、铸造冲天炉 
造纸工业氧气蒸解、漂白、黑液氧化 
氧气曝气活性污泥法处理工业废水、城市下水 
石脑油分解、碳黑生产 
高密度养鱼 
水泥工业中铁氧水泥、耐火砖制造、玻璃加工 
医院输氧及保健用氧、高压氧仓及氧吧

4) 膜分离法:

利用高分子聚合薄膜的渗透选择性,将空气中的氧、氮组分分离的方法称为膜分离法.用该法生产氧或氮的装置,容量和纯度也都有一定的局限,一般主要用来生产800Nm3/h以下,,纯度低于99.5%的氮气产品。

一,膜分离制氮设备原理

膜气体在膜中传质过程的研究推算起来实际已有100多年历史了,人们对单一的气体在聚合物及其膜中传送进行了大量的研究, 从而在理论上得到了较好的发展. 然而, 膜在实际中的应用却是近几十年间的事, 较突出的例子是核武器中同位素铀的分离. 直到20世纪70年代末期,气体在聚合物膜中的渗透性和选择性已发展到具有工业化经济价值时, 膜才象今天这样得到大规模应用。
中空纤维膜是用数以万计的高分子材料制成的中空纤维丝聚合的膜组件。当两种或两种以上的气体混合通过高分子膜时,由于各种气体在膜中的溶解度和扩散系数的差异,导致不同气体天膜中的渗透速率有所不同,根据这一特性,可将气体分为"快气""慢气"。
气体透过 中空聚合物膜是一个复杂的过程,其透过机制一般是气体分子首先被吸附到膜的表面 溶解,然后在膜中扩散,最后从膜的另一侧解吸出来,膜分离技术依靠不同气体在膜 中溶解和扩散系数的差异来实现气体的分离。当混合气体在一定的驱动力(膜两侧的压力差或压力比)作用下,渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化 氢、二氧化碳等透过膜后,在膜的渗透侧被排除,而渗透速率相对慢的气体如氮气、 氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集从而达到混合气体分离的目的。 
因为膜分离器所选择材质其分离效率的限制,一般用于自空气中分离氮气的分离器其工业化组件以中空纤维膜较为突出,以中空纤维巨大的分离比表面积为基础载体的工业化膜组件能较好的满足客户的分离要求,通常地,为了取得较好的经济性指标,达到低投入、低单耗的目的,膜制氮采用高压流程 。
二、高压流程膜制氮
压缩空气经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水,预热后进入膜分离器,渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后,在膜的渗透侧被排除,而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集;系统在PLC或DCS系统的控制下可实现连续稳定的输出氮气。以这种原理来实现氧氮分离的方法我们称之为高压流程膜制氮(MKH-N)。
膜制氮设备主要特点-
1、 装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省
2、 装置占地面积小,可用于室内、外操作
3、 装置自动化程度高,开停车方便快捷;10分钟内达到纯度指标。
4、 无阀门切换等运动部件,不需定期更换易损件,维修量少。
5、 通过增加膜分离器,很容易扩大氮气产量。
6、 装置运行和维护费用较PSA法制氮低;在纯度80~98%的范围内,具有优越的性能价格比。它具有其它空气分离方法所不可比拟的优势,运行能耗较低。
7、 装置运行独立性强,稳定性好,可靠性高,常温低压下工作,安全性能好
8、 装置规模可从0.2-50000 Nm3/h,产品氮气纯度可满足80-99.9%。
三、高压流程膜制氮设备主要组成 
1、空气压缩机 
2、空气源预处理组件 
3、空气缓冲罐 
4、膜分离器 
5、成品氮气缓冲罐 
6、切换阀门及相应的管件 
7、自动控制、检测系统 
8、可扩展的减压配置增压系统 
四、膜制氮设备安装运行条件
1、安装条件:安装现场应清洁、平整,吊车或叉车容易到达并进行安装;
2、使用环境要求:安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀气体,通风良好;
3、配套条件:电源:380V/50Hz/3相五线;
冷却水:符合工业用冷冻、冷却水。
五、膜制氮设备选型注意事项
1、在具体选型前首先确认对所需氮气设备最终产品气的要求,在制造厂商的建议下确定所需设备的流程;
2、考察设备设计的合理性(每一个配件的设置是否合理、必需,并发挥其最大功效);
3、考察设备运行的可靠性(考证设备设计中保证措施的合理性);
4、制造厂商研究开发能力、制造经验及水平;
5、 全面计算制氮设备的成本(设备价格、投入设备所必备的水、电、场地及其费用,设备的使用维护成本,设备的使用寿命),而不仅仅只考虑设备的价格。

一,膜分离制氧基本原理

气体在膜中传质过程的研究推算起来实际已有100多年历史了,人们对单一的气体在聚合物及其膜中传送进行了大量的研究, 从而在理论上得到了较好的发展。然而, 膜在实际中的应用却是近几十年间的事, 较突出的例子是核武器中同位素铀的分离。直到20世纪70年代末期,气体在聚合物膜中的渗透性和选择性已发展到具有工业化经济价值时,膜才像今天这样得到大规模应用。
一般说来,膜对所有气体都是可以渗透的,只不过渗透的程度不同而已。气体透过 中空聚合物膜是一个复杂的过程,其透过机制一般是气体分子首先被吸附到膜的表面溶 解,然后在膜中扩散,最后从膜的另一侧解吸出来,膜分离技术依靠不同气体在膜中溶 解和扩散系数的差异来实现气体的分离。当混合气体在一定的驱动力(膜两侧的压力差或压力比)作用下,渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧 化碳等透过膜后,在膜的渗透侧被富集,而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷 和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集从而达到混合气体分离的目的。
二、膜分离制氧设备的流程
根据分离条件中压力 不同,通常我们将膜制氧分成两种不同的工艺流程,用户可根据不同的工况要求,选择适合的流程以达到最低单耗的目的。 
1、 高压流程膜制氧
压缩空气经预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水,预热后进入膜分离器,渗透速率相当快的气体如水汽、氧气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜后,在膜的渗透侧被富集,而渗透速率相对慢的气体如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧被富集;系统在PLC或DCS系统的控制下可实现连续稳定的输出氧气。
2、 负压流程制氧
经鼓风机后的原料空气,净化除去粉尘再进入膜分离器,渗透速率相对慢的气体,如氮气、氩气、甲烷和一氧化碳等被滞留在膜的滞留侧富集后作为废气排出,以真空泵抽真空将渗透侧的富氧空气收集作为产品气。系统在PLC或DCS系统的控制下可连续获得稳定纯度的氧气。
三、膜分离制氧设备的特点
膜法氧氮分离设备主要特点
1、 装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省
2、 装置占地面积小,可用于室内、外操作
3、 装置自动化程度高,开停车方便快捷;10分钟内达到氧浓度。
4、 无阀门切换等运动部件,不需定期更换易损件,维修量少。
5、 通过增加膜分离器,很容易扩大富氧空气产量。
6、 装置运行和维护费用较PSA法制氧低;在纯度25~35%的范围内,具有优越的性能 价格比。在助燃应用方面,它具有其它空气分离方法所不可比拟的优势,运行能耗较低。
7、 装置运行独立性强,稳定性好,可靠性高,常温低压下工作,安全性能好。
8、 装置规模可从0.2-50000 Nm3/h,产品氧气纯度可达25-45%;
四、膜分离制氧设备的基本组成 
高压流程设备主要组成 /低压流程设备组成 
1、空气压缩机 / 1、鼓风机组 
2、空气源预处理组件/ 2、除尘、冷却器 
3、空气缓冲罐/ 3、膜分离器 
4、膜分离器/ 4、成品氧气缓冲罐 
5、成品氧气缓冲罐/ 5、切换阀门及相应的管件 
6、切换阀门及相应的管件/ 6、真空泵机组 
7、自动控制、检测系统/ 7、氧气增压机 
8、可扩展的增压系统/ 8、自动控制、检测系统 
五、膜制氧设备安装运行条件
1、安装条件:安装现场应清洁、平整,吊车或叉车容易到达并进行安装;
2、使用环境要求:安装现场周围空气应干净、无油雾、无腐蚀气体,通风良好;
3、配套条件:电源:380V/50Hz/3相五线;
4、冷却水:符合工业用冷冻、冷却水。
六、膜制氧设备选型注意事项
1、在具体选型前首先确认对所需氧气设备最终产品气的要求,在制造厂商的建议下确定所需设备的流程;
2、考察设备设计的合理性(每一个配件的设置是否合理,必需,并发挥其最大功效);
3、考察设备运行的可靠性(考证设备设计中保证措施的合理性);
4、制造厂商研究开发能力、制造经验及水平;
5、 全面计算制氧设备的成本(设备价格、投入设备所必备的水、电、场地及其费用,设备的使用维护成本,设备的使用寿命),而不仅仅只考虑设备的价格。

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