项目名称高效空分制氧吸附剂和大型真空变压吸附空分制氧装置

项目名称：高效空分制氧吸附剂和大型真空变压吸附空分制氧装置

推荐单位：教育部

项目简介：

本项目属化工分离领域，从空气中分离氧气，广泛应用于钢铁冶炼、有色冶金、化工、轻工等各种工业行业、节能助燃和污水处理等环保领域。

90年代，国外发现了高效空分制氧吸附剂——锂离子交换的低硅铝比X型分子筛（LiLSX），并开发成功应用该吸附剂的大型真空变压吸附空分制氧装置，可在许多场合替代传统的深冷法空分制氧，投资少、能耗低、经济效益巨大，因而发展十分迅猛。但外国公司长期垄断此技术，以高昂价格在我国出售大型真空变压吸附空分制氧装置，获取巨额垄断利润，同时严重制约了我国相关行业技术进步和经济效益水平提高。为发展我国自主的变压吸附空分制氧技术，国内许多单位投入人力物力进行研发，但多年来一直未掌握核心技术。

本项目课题组对此进行研究获重大突破，首次在我国开发成功高效制氧吸附剂和大型真空变压吸附空分制氧装置，并成功推广应用，取得了巨大经济效益和社会效益。

在开发高效制氧吸附剂方面，课题组取得三项重要技术创新成果：1、发明高效离子交换工艺（专利号：ZL200610011875.7），使极难交换的Li+离子在分子筛上的交换度接近100%，且生产过程中昂贵的锂的损失极少；2、开发出特殊结构的焙烧炉，解决了吸附剂高温焙烧时LiLSX分子筛结构极易被破坏的难题；3、找到了生产无杂晶低硅铝比X型分子筛的关键工艺条件（高等学校化学学报，Vol.23, p772）。依靠此三项关键技术创新，以低得多的成本生产出性能优于国外名牌产品的高效空分制氧吸附剂，解决了变压吸附制氧技术的核心——吸附剂性能的问题，为开发大型变压吸附制氧装置打下了坚实的基础。

在大型变压吸附制氧装置开发方面，有两项重要技术创新：1、发明分形结构气流分布器，彻底解决了变压吸附制氧装置大型化时大直径浅吸附床气流分布不均匀的难题。2、创造性地开发出五塔、七塔真空变压吸附空分制氧工艺，装置运行更加平稳、制氧能耗更低，并已成功应用，单套装置产氧规模达10000m3/h以上，是目前世界上最大的变压吸附空分制氧装置，总投资仅为同规模国外产品的50～60%，制氧电耗（＜0.35kWh/m3O2）达国际先进水平，为我国相关行业提供了低成本大规模用氧的新途径。

本项目的成功，使我国变压吸附空分制氧技术跻身国际先进行列，结束了外国公司在我国的垄断地位。2001年以前我国工业中使用的大型变压吸附空分制氧装置全部依赖进口，2001年以后我们在多次竞标中以质优价廉战胜外国著名气体公司，现已将其挤出我国市场，且产品已开始出口。目前在国内已设计制造了100多套变压吸附空分制氧装置，合同总金额达12.6亿元，为钢铁冶炼、有色冶金、化学工业、污水处理、纸浆漂白，玻璃熔炼和窑炉助燃节能等工业用户提供了大量廉价氧，为用户创造经济效益超过一百亿元。

本项目获得2006年度高等学校科学技术奖科技进步一等奖。

主要完成单位及创新推广贡献：

第一完成单位：北京大学，创新推广贡献：开发成功高效空分制氧吸附剂，并与北京北大先锋科技有限公司合作开发成功变压吸附空分制氧工程技术。

第二完成单位：北京北大先锋科技有限公司，创新推广贡献：完成高效空分制氧吸附剂的放大生产工艺试验，与北京大学合作开发成功变压吸附空分制氧工程技术，负责吸附剂的工业生产、制氧装置的设计建设和推广应用。

推广应用情况：

本项目1995年立项，1998年LiLSX型空分制氧高效吸附剂研制小试成功。2000年7月北大先锋公司建成第一条生产线，生产出合格的高效空分制氧吸附剂PU-8，2005年又建成规模更

大的第二条生产线。由于变压吸附空分制氧市场发展很快，除北大先锋公司自用外，国外客户和国内同行厂商也要求购买PU-8吸附剂。因产品供不应求，2008年5月北大先锋公司建成投产了规模为1000吨/年的第三条生产线，供国内外变压吸附空分制氧装置应用。

2001年以前，我国的大型变压吸附空分制氧装置市场全被外国公司垄断。2001年，以高效空分制氧吸附剂PU-8为核心的大型变压吸附空分制氧装置开发成功，开始在国内推广应用，打破外国公司的垄断，并逐渐将其挤出我国变压吸附制氧市场。截止2013年底，北大先锋公司已建成变压吸附制氧装置100多套（包括中小装置），直接销售合同总金额12.6亿元。最大装置产氧规模超过10000m3/h，超过国外最大的装置。这些装置为我国冶金、化工、玻璃、造纸、环保、窑炉助燃以及青藏高原铁路施工等提供了大量廉价氧，用户增收节支效益的保守估算值累计达100亿元以上，同时在节能和环保方面的社会效益也十分巨大。例如，我们已为我国炼铜炼铅等有色金属冶炼企业建成大型变压吸附制氧装置数十套，用富氧冶炼代替空气冶炼，可增产40% 以上，产值和效益大幅度增加，同时采用富氧冶炼后尾气中的SO2浓度大幅度增加，副产的硫酸产量大幅增加，不仅额外创造效益，同时大幅度降低SO2的排放量、减少环境污染；为我国钢铁企业建成大型变压吸附制氧装置多套，用于电炉炼钢、高炉炼铁，大幅度增产钢和铁的同时，显著降低电耗和焦炭耗量，经济效益巨大。在玻璃和其它各种窑炉中用变压吸附制氧助燃，节能和增产效果十分显著；在化学工业中采用变压吸附制氧进行富氧煤造气可大幅度降低造气成本；在造纸工业中，纸浆漂白用变压吸附制氧可有效降低成本；在污水处理中用变压吸附制氧的富氧曝气代替空气曝气，可显著提高处理效率、降低成本。本项目产品和技术的市场前景十分广阔。

曾获科技奖励情况：

本项目获得2006年度高等学校科学技术奖科技进步一等奖。

主要知识产权证明目录：

主要完成人情况表：注：三大奖“主要完成人情况表”中公示姓名、排名、技术职称、工作单位、完成单位、对本项目技术创造性贡献、曾获国家科技奖励情况。

姓名：谢有畅

排名：1

技术职称：教授

工作单位：北京大学

完成单位：北京大学

对本项目技术创造性贡献：

总负责，解决技术关键难题，在本项目5个关键技术创新点上均作出了突出贡献，在本项技术研发工作中投入的工作量占本人工作总量的比例为60%。“多级串联流化床轮流切换分子筛离子交换工艺”专利（专利号：ZL200610011875.7）第一发明人。相关论文：“最低硅铝比八面沸石MAX合成条件的研究”，“介绍两项在冶金和化工中有重要应用的新技术——大型变压吸附空分制氧和一氧化碳分离”，“Studies on The Adsorption Properties of Lithium Ion-exchanged Low Silica X Zeolite”。

曾获国家科技奖励情况：

2006年国家技术发明二等奖，获奖项目：“使用单层分散型CUCLC/分子筛吸附剂分离一氧化碳技术”。

姓名：唐伟

排名：2

技术职称：副研究员

工作单位：北京大学，北京北大先锋科技有限公司