我国变压吸附制氧技术的发展及存在的问题(2014洛阳会议)

压强 (MPa(绝压))
二、吸附剂的应用
4、建龙制氧吸附剂 2）工业制氧吸附剂
工况二 （MPa）
PH 0.5 PL 0.1
工况一 （MPa）
PH 0.8
分离因子 选择系数 分离因子 选择系数 分离因子 选择系数
工况三 （MPa）
PH 0.3 PL 0.1
工况四 （MPa）
PH PL 0.15 0.04
取倒数
298K 308K 318K
1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 300
bp q qm 1 bp
线性化
1 1 1 1 q qm bqm P
压力P/kPa
1.8 1.6 1.4 1.2
1/q
以1/P为横坐标，1/q为纵坐标作图 得线性化的吸附等温线
4、建龙制氧吸附剂
I型吸附氧气量 I型吸附氮气量
2）工业制氧吸附剂
I型吸附量（mL/g）
压强 (MPa(绝压))
60 57 54 51 48 45 42 39 36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0 0.0
42 39
JLOX-103吸附氧气量 JLOX-103吸附氮气量
1）微型制氧吸附剂
氮氧吸附量/(mL/g)
35 30 25 20 15 10 5 0 -5 0
100
200
300
400
500
600
吸附压力/kPa
表1三种吸附剂吸附性能比较
二、吸附剂的应用
4、建龙制氧吸附剂
吸附压力0.1Mpa
1）微型制氧吸附剂
吸附性 能
吸附压力0.3Mpa N2吸附 O2吸附量 量 吸附能力选 增加量 择系数W 增加量 /(mL/g) /(mL/g) 分离 系数a 吸附选 择参数 S
36
JLOX-500吸附氧气量 JLOX-500吸附氮气量
JLOX-103吸附量（mL/g）
JLOX-500吸附量（mL/g）
33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
压强 (MPa(绝压))
（2）要求
1） 结构简单 2）性能稳定 3）价格便宜 4）噪音小
5）体积小、重量轻
三、微型变压吸附制氧设备
2、市场定位及前景
医疗设备 ：氧疗（呼吸系统疾病 循环系统疾病）
市场定位
养生保健： 氧保健
市场前景
医疗器械
家电产品（冰箱、空调）
三、微型变压吸附制氧设备
3、微型制氧机产品形式
制氧规模：10L机、5L机、3L机和便携制氧机 噪音：80dB→ 55dB→ 50dB→ 40dB 重量：40 kg → 25 kg→ 10 kg→ 3 kg 形式：固定式→ 移动式→ 便携式
吸附操作分析
吸附负荷曲线
分析吸附剂
分析流出物
吸附负荷线
透过曲线
横坐标：床层距进口 端的距离 纵坐标：床层吸附剂 的负荷
操作时间 流出物中吸附 质的浓度
二、吸附剂的应用
3、吸附剂应用设计 4）床层吸附量分析
床层未利用程度
（对称系数）
床层吸附量利用程度
动态饱和吸附量 平衡吸附量 =（L fL0 ) / L
冷却器损失 367.33，9.39%
2、性能指标下降
3、同质化恶性竞争 用户没信心、企业没效益、行业发展受威胁
五、行业存在的主要问题
• 吸附剂功能、工艺性能提高 • 吸附器性能提高 • 设计目标整体优化（浓度、回收率、能耗、投资） • 成立行业组织（协会），加强合作自律
树立用户信心， 提高企业效益， 促进行业健康发展， 壮大民族气体工业。
贵州开磷息烽合成氨有限责 任
40700Nm3/h VPSA-O2装置
五、行业存在的主要问题
1、能源效率低
进入系统的火用 3911.97 100%
压缩机出口 1986.42 50.8% 床层损失 1061.33，27.1%
氧气 332.98 ，8.51%
废气 224.28，5.73%
压 缩 机 损 失 1925.358 49.2%
吸附剂
N2吸 O2吸 N2吸 O2吸 附量 附量 附量 附量 /(mL/g) /(mL/g) /(mL/g) /(mL/g) 9.12 8.46 21.803 3.275 2.96 3.997 23.22 21.55 37.478 9.355 8.738 11.648
UOP JL-501 JL-101
5000m3/h
2000年
10000m3/h
40000m3/h
2010年
2004年
四、大型变压吸附制氧设备
3、大型化的主要业绩
成都华西科技股份有限公司
通化钢铁股份有限公司 HX-12500/80VPSA-O2装置 纯度：≥80%O2,1组四塔流程 HX-14500/80VPSA-O2装置 纯度：≥80% O2,2组2塔流程 HX-41200/85VPSA-O2装置 纯度：≥85% O2,4组2塔流程 2004.9 高炉富氧喷煤
14.1 13.09 15.675
6.08 5.78 7.65
2.3189 2.2646 2.0487
2.9856 3.1003 8.7118
6.9233 7.0209 17.8479
表1三种吸附剂吸附性能比较
二、吸附剂的应用
32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
bp q qm 1 bp
qmA bA xA / xB xA / y A AB yA / yB (1 xA ) /(1 y A ) qmB bB
二、吸附剂的应用
2、吸附剂选择 2）分离系数计算
1.8 1.6 1.4
吸附量q/(mol/kg)
Langmuir吸附等温方程的拟合
二、吸附剂的应用
2、吸附剂选择 1)吸附等温线（真空）
静态吸附量 分离系数 吸附等温线 选择性参数 孔径分布 比表面积
二、吸附剂的应用
2、吸附剂选择 2)分离系数计算
定义：对于A、B双组份混合物，吸附相中两种物质的摩尔 分数之比与流体相中两种物质的摩尔分数之比的比值。
AB
x A / xB y A / yB
谢谢大家！
动态吸附量
制氧分子筛对氮气吸附量 制氧分子筛对氧气吸附量
14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -50
吸附剂工业设计
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
绝对压强/kPa
二、吸附剂的应用
3、吸附剂应用设计
C0
2）穿透曲线
C0 C0 C0 C0 C0
C0
饱和区
吸附区
未吸附区
其中：
xA和xB分别表示吸附相中A组分与B组分的摩尔分数 y A和yB分别表示气相中A组分与B组分的摩尔分数
二、吸附剂的应用
2、吸附剂选择 2）分离系数计算
选择吸附方程 大部分气体在吸附剂上的等温线都属于第
一类等温线，可以用Langmuir方程对其进 行描述。
q — 吸附量，mol / kg qm — 极限吸附量，mol / kg p — 被吸附气体分压力，Pa b — Langmuir常数，Pa 1
国 外 国 内
5
研制 试产 生产 0.5
三、微型变压吸附制氧设备
4、厂家发展状况
国外主要研究生产机构
美国：Invacare Corporation, Sequal, Alliance ， Nidek Medical，AirSep 德国：Sunrise Medical, Weinmann
国内主要研究生产机构
排 出 气 浓 度
C0 CE
穿透点
二、吸附剂的应用
3、吸附剂应用设计 3）吸附负荷曲线
吸附负荷曲线
吸附负荷曲线与穿透曲线成 镜面相似，即从穿透曲线的 形状可以推知吸附负荷曲线。 对吸附速度高而吸附传质区 短的吸附过程，其吸附荷曲 线与穿透曲线均陡些。
二、吸附剂的应用
3、吸附剂应用设计 3）吸附负荷曲线
氮氧吸附量/(mL/g)
35 30 25 20 15 10 5 0 -5 0
100
200
300
400
500
600
吸附压力/kPa
二、吸附剂的应用
4、建龙制氧吸附剂
55 50 45 40
18℃UOP对氮气吸附量 18℃UOP对氧气吸附量 18℃建龙501对氮气吸附量 18℃建龙501对氧气吸附量 18℃建龙101对氮气吸附量 18℃建龙101对氧气吸附量
北京科技大学、 西安交通大学 北京高新华康、北京亚奥、江 苏昊泰、长沙健康世家、江苏 康欣医疗、新松维尔康、上海 绿的、桂枝实业、海氧之家、 鱼跃医疗、北京奥吉、江航、 佛山凯亚等来自百度文库
国内数十家（100家？）：春秋战国状态
四、大型变压吸附制氧 设备
1、大型化的需求
冶金、石化、建材、环保等行业
高炉富氧喷煤要求的氧气量（m3/h, 100%）
三、微型变压吸附制氧设备
4、规模发展状况
国外：美国、德国、英国、加拿大、日本、韩国 国内：北京、上海、沈阳、杭州、满州、太原 时 间 产 量 ， 万 台
70’s 80’s 20 90’s 50 00 100 02 150 1 04 300 4 06 400 10 08 500 15 10 650 40 12 800 75
S= △qAαAB/△qB
其中△qA和△qB分别表示吸附压力和解吸压力范围内，A和B 组分吸附量的差值。 采用Langmuir方程进行计算则
S= △qAqmAbA/(△qB qmBbB)
二、吸附剂的应用
3、吸附剂应用设计 1）吸附等温线（高压）
选择性参数
性能参数
静态吸附量
18 16
氮氧吸附量 /(mL/g)
我国变压吸附制氧技术的 发展及存在的问题
刘应书
北京科技大学气体分离工程研究所 2014.4 洛阳
一、引言
吸附剂的应用、微型化、大型化、存在的问题
二、吸附剂的应用
1、吸附剂的性能
功能性能
吸附等温线 吸附量、吸附热 比表面积、孔径分布、
性能参数
粒径、形状、疏水性
工艺性能
机械强度
经济性能
单价、使用寿命
Sadc f Sadcb
表1三种吸附剂吸附性能比较
二、吸附剂的应用
4、建龙制氧吸附剂
55 50 45 40
18℃UOP对氮气吸附量 18℃UOP对氧气吸附量 18℃建龙501对氮气吸附量 18℃建龙501对氧气吸附量 18℃建龙101对氮气吸附量 18℃建龙101对氧气吸附量
1）微型制氧吸附剂
298K 308K 318K
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014
1/qm为截距，1/bqm为斜率
1/P
二、吸附剂的应用
2、吸附剂选择 3）选择性参数计算
在变压吸附过程中两组分气体吸附量随压力的变化也是PSA 分离的一项重要因素，因此引入了吸附剂选择参数（S）
PL 0.1
I型 500 103
24.14 28.9 58.73
3.73 27.33 3.67 36.94 12 79.55
29.44 47.37 101.66
31.75 49.01 196.55
三、微型变压吸附制氧设备
1、微型制氧机的定义及要求
（1）定义 <15 l/min (≤ 1m3/h)
（小型制氧机：1m3/h ≤ ≥ 100m3/h, 大型制氧机＞100m3/h）
通化钢铁股份有限公司
2008.3
高炉富氧喷煤 有色冶金 （富氧炼铜，双散速熔炼）
阳谷祥光铜业有限公司
2011.4
北京北大先锋科技有限公司
富邦铜业有限公司 赤峰金剑 10000Nm3/h PSA-O2装置 18750Nm3/h VPSA-O2装置 2008.2 2009.4 2009.12 有色冶炼 有色冶炼 化工
高炉容积 m3 富 氧 率 % 3 4 5 6 1000 2000 3000 4000
5250 7000 8750 10500
10500 14000 17500 21000
15750 21000 26250 31500
21000 28000 35000 42000
四、大型变压吸附制氧设备
2、大型化的发展状况