基于催化氧化原理的压缩空气除油净化设备设计

收稿日期：2018-07-17

基金项目：重庆鲍斯净化设备科技有限公司与平顶山学院联合开

发项目（PXY-HX-2017006）

基于催化氧化原理的压缩空气除油净化设备设计

瞿赠名1，涂巧灵1，田

刚2

（1.重庆鲍斯净化设备科技有限公司，重庆401336；2.平顶山学院化学与环境工程学院，河南平顶山467000）

[摘要]：压缩空气净化主要解决除尘、除油、除水3个方面问题。为解决除油问题，基于催化氧化原理设计了一款新型压

缩空气除油净化器。该设备可稳定、连续、可靠地转化压缩空气中的油，使任何含油压缩空气均能达到并远低于ISO 8573-1一级质量标准，达到绝对无油水平。[关键词]：压缩空气；催化氧化；除油；净化器中图分类号：TH45

文献标志码：B

文章编号：1006-2971（2018）04-0028-04

Design of Oil Containing Compressed Air Purification Equipment Based on Catalytic Oxi 原dation Principle

QU Zeng-ming 1,TU Qiao-ling 1,TIAN Gang 2

(1.ChongQing BAOSI Purification Equipment Technology Co.,Ltd.,Chongqing 401336,China;2.School of Chemical and Environmental Engineer 原ing,Pingdingshan University,Pingdingshan 467000,China)

Abstract:There are three main problems of dust removal,oil removal and water removal in compressed air purification.Based on the principle of catalytic oxidation,a new type of compressed air deoiling purifier is designed to solve the problem of oil removal.The purifier can transform the oil in compressed air stably,continuously and reliably,so that any oil containing compressed air can reach

and be well below ISO 8573-1grade I quality standards and achieve absolute oil free level.Key words ：compressed air;catalytic oxidation;oil removal;purifier

1引言

压缩空气是电力以外的第二大动力源，作为

一种廉价的动力，广泛应用于各行各业的生产中。压缩空气通常由电力驱动压缩机对吸入空气作功产生，属于清洁能源。但目前大部分压缩机工作时必须使用润滑油，导致压缩空气中不可避免地含有油类杂质，其主要成份为碳氢烃类化合物，这些物质影响压缩空气在后续过程中的使用[1-3]。因此，压缩空气中的含油量是其质量标准中的重

要指标之一。吸干机、制氮机、制氧机等设备的前端，明确要求采用无油压缩空气[4]；对于一些生产过程如激光焊接、高端喷涂、精密电子、光学器件、医学医疗、食品药品等都需要不含油的洁

净压缩空气[3，5]

。

目前，有效可靠的压缩空气除油方法较少，已报道的压缩空气除油方法多采用加装专用除油部件，以物理方式除油，该方法对于去除压缩空

气中的油滴、油雾有较好效果，但对于压缩空气中的分子状态的“油”（烃类）基本无法去除。因此，采用物理方法处理含油压缩空气很难达到无油水平。当前市面上已有无油压缩机产品，多采用关键构件如压缩螺杆无润滑油压缩来实现压

等级总含油量（液态油、悬浮油、油蒸汽）/（mg/m 3）0由设备使用者或制造商制定的比等级1更高的要求

1≤0.012≤0.13≤14

≤5

缩空气无油，但为满足无油压缩，导致螺杆加工制造成本较高，整机价格昂贵，对于大多数行业而言，购制、使用和维护此类无油压缩机的成本过高，无法匹配一般性生产的需要。近年来，基于催化氧化除油净化原理，进口的无油转换器被介绍引入国内，含油压缩空气经该设备处理后能够达到国标无油水平，但售价高。

同样基于催化氧化化学除油净化原理，重庆鲍斯净化设备科技有限公司（以下简称鲍斯净化）最近设计了一款超净压缩空气净化设备（CAC ），填补了此领域的国内空白。在原有压缩机出气口加装CAC 后，可将压缩空气中的“油”氧化成为水和二氧化碳，确保净化设备出口压缩空气达到国标无油水平，而且压缩空气总的压力损失很小。与国外同类型产品相比，可达到相同处理效果。本文首先简要对比了现有压缩空气除油净化方法的优缺点，然后主要对净化器CAC 的除油工作原理、流程和运行效果作一介绍，以期为压缩空气净化设备的设计和制造提供参考。

2常用的压缩空气除油净化方法比较

根据规范GB/T 13277.1-2008（ISO 8573-1eqv.）

《压缩空气第1部分：污染物净化等级》第7.3条

为压缩空气油含量指标做出了划分，如表1所示。

根据国家标准，压缩空气中的总油含量规定为液态油、悬浮油、油蒸汽三部分之和。其中，悬浮油也属于液态油，他们是大量的油分子通过较强的范德华力和氢键而团聚形成，可以将其视为小液滴微团或颗粒物。因此，压缩空气中的液态油和悬浮油可以采用精密过滤器分离除去。而油蒸汽在压缩空气中为独立的分子状态，其尺寸

远小于精密过滤器孔道尺寸，当过滤孔道尺寸缩小到油蒸汽分子相当尺寸时，过滤阻力增大，导

致压缩空气总压力损失随之增加，为保证用气压力要求，必然导致总耗能增大。因此，通过油雾过滤方式脱除油蒸汽方法理论上可行，实际应用困难。对于使用润滑油的压缩机，油蒸汽的含量仅与压缩空气的温度有关，可采用降温使油蒸汽液化，然后再过滤的方法除油，但实际使用情况是，由于滤蕊无法100%将液态油滴、油雾除去，温度上升后，残余油滴、油雾迅速又汽化为油蒸汽。对于无油润滑压缩机，虽然压缩机在压缩过程中空气并没有与润滑油接触，但是环境空气中已含有的油蒸汽是无法去除的，因此无油润滑压缩机并不能保证压缩空气中一定不含油。

目前常用以下3种有效方式来进行处理压缩空气中的油类杂质。

（1）采用降温+颗粒物过滤的方式。主要利用油在一定压力下不同温度的饱和蒸汽压的差别，使其在低温的状态下，发生从油蒸汽向油雾的相态转变，以及小颗粒油雾团聚成大颗粒油雾的转变，通过颗粒物过滤的方式达到过滤的目的，该方法可将压缩空气中大量的油雾除去，但需要注意过滤在冷却后立即进行效果较好，润滑油在低温状态下粘度会增加，过滤器的选择十分重要。

（2）活性炭过滤。利用活性炭的大比表面积，对于压缩空气中的油类杂质通过吸附而达到去除的目的。已有相关设计与具体使用，其主要问题在于无法确保连续除油，一般在1000h 后需要更换已吸附饱和的活性炭[7]。高比表面积活性炭并不便宜，更换操作增加了吸附除油段设计和操作的复杂性，均会导致成本增加。

（3）催化氧化除油。压缩空气在一定温度下，其中的油分子与压缩空气中的氧分子，在催化触媒的表面发生催化氧化反应，使之完全转化为二氧化碳与水的过程。由于压缩空气中氧气含量是远远大于油含量的，因此过程进行的关键在于提供油和氧气快速反应转化场所和适宜条件。通常出口压缩空气只需要考虑干燥除水，已有成熟可选设备方法。由于二氧化碳气体无毒害，在大部分过程中可以不除去。

三种方法效果对比如表2所示。

表1

含油等级[6]