浅谈变压吸附(PSA)
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参考文献： [1]陈连璋 沸石分子筛催化 大连大连理工大 学出版社 1990 [2]江楚标．低温法小型空分设备[J]．深冷技 术．2002． 作者：董格婷，1980年8月，女，助理工程 师，研究方向是煤化工（煤制甲醇），陕西 神木化学工业有限公司。
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FORTUNE WORLD 2010
度和压力的均匀，并且径向均匀度较差，这就 使得吸附床的死体积大，产氧率低。因此，开 发具有良好的均流速和均压力的气体分布器可 以最大限度地发挥吸附剂的效率，并可以降低 吸附器的高径比。
以往对变压吸附的研究主要依靠试验手 段，然而，对于流速相对较低，内部又装有吸 附剂的吸附器内的流场，采用试验的手段无法 研究，因此，可以采用数值分析的方法对吸附 器内的三维流场进行研究，找到影响气流分布 的原因，并在此基础上对吸附器的结构进行改 进，使得气体分布器有较好的布气效果，为大 型变压吸附制氧装置提供了保障。
2．3 工艺流程 不同的吸附剂具有不同的吸附性能，运 行时需要不同的工艺条件，因此，根据吸附剂 的特性，研究适合该吸附剂吸附分离的工艺条 件，可以充分的挖掘吸附剂的吸附潜力，发挥 装置的最大效率，以最低的生产成本获得最大 的产品氧气，另外，良好的变压吸附工艺可以 降低吸附的失效速度，保证吸附装置的使用寿 命。
回收装置的加工能力，同时还可以提高渣油的 掺炼，减少Sox和NOx的产生。
2、变压吸附空分制氧的关键问题 2．1 吸附剂 吸附剂是变压吸附制氧的核心，吸附剂 的吸附分离性能直接决定着制氧装置的能耗、 体积以及使用寿命等，因此研究高效的制氧吸 附剂始终是变压吸附制氧研究的核心方向。 变压吸附制氧常用的吸附剂主要是CaA型分子 筛，但是，该分子筛的吸附容量小，分离系数 低，单位氧气的能耗较高。因此，CaA型分子 筛限制了变压吸附制氧装置的生产规模。目 前，吸附分离性能较好的是锂分子筛，其吸附 量大、高选择性、低吸附压力的特性可以提高 装置的氧收率和分子筛的产率，从而降低装置 的能耗、体积和吸附剂用量。B a l k h等研究发 现，L i X 沸石的氮气吸附容量比N a X提高约 50%,分离系数13X从3倍提高到7倍，工业应用 中P S A流程的能量消耗的决定性因素是操作压 力比，用5A沸石或13X沸石做吸附剂，工业上 一般采用4及以上的压力比，低于此值，氧气 的回收率急剧下降，同时产品气纯度很难保持 在95%，而采用L i X分子筛，压力可以降致2左 右，较低的操作压力比意味着解压力的提高， 从而降低了真空装置的投资和操作费用，这一 点对工业应用尤为有利。 LiLSX（低硅铝比锂X沸）对N2有很高的 吸附量，并且对N2、O2的选择性比L i X（S i/ A1=12～13）高，R e g e认为100%L i交换的 LSX（Li 100% LSX）吸附N2的量是LiX的15 倍，是目前用于空分制氧最好的吸附剂，目前 美国研制的新型沸石分子筛吸附剂具有高的吸 附选择性和吸附容量，使用真空解吸法就可以 得到纯度为99.95%的氮及99.5%的氧，而投资 仅为目前变压吸附法的1/3～1/2，能耗降低 25%-30%，据此用吸附剂可以加速吸附氧气， 可分别制氮和制氧，也可以同时制氮、氧。 2．2 吸附器的结构 吸附器的结构是吸附剂效率发挥和吸附 工艺得以实现的保障，变压吸附空分制氧的吸 附器空塔流速较高、高径比较小，直径较大， 因此，吸附器结构中最重要的就是气体分布问 题。吸附器内的理想流动状态是平推流动，但 是，普通的气体分布器很难达到同一截面的速
工 程技术
浅谈变压吸附（PSA）
空分制氧中的关键问题
董格婷 陕西神木化学工业有限公司
摘要：用富氧来代替空气造气，可以达到 节能和增产的目的，用富氧空气代替普通空气用 于煤气发生炉，能够产生明显的节煤效益，提高 气化强度，本文探讨了变压吸附空分制氧的一些 关引言 随着我国经济和现代化工业的发展，富氧 空气的使用越来越广泛，深冷分离法大规模应 用于工业已有百年的历史，但深冷分离法所要 求的系统复杂，投资大，能耗高，适用于大规 模生产富氧领域，变压吸附空分制氧于上个世 纪50年代开发成功，是一种高科技含量的比较 成熟的制氧技术，该制氧工艺具有流程简单、 安全、投资少、能耗低、自动化程度高、启动 时间短、适应性强、制氧过程在常温下完成， 氧气纯度适中（50%-95%），负荷调节范围较 大（30%-110%）等优点，因此，在制氧规模 适中，纯度要求不高的场合，变压吸附制氧具 有较大优势，随着我国工业的持续高速发展， 节能降耗技术的大力推广以及环境保护要求的 不断提高，变压吸附制氧的市场将不断拓展。 1、变压吸附空分制氧在化工领域的应用 用富氧来代替空气造气，可以达到节能 和增产的目的，用富氧空气代替普通空气用于 煤气发生炉，不但能够产生明显的节煤效益， 提高气化强度，降低灰中碳含量，而且还能使 一些煤质差的煤的利用，在化肥造气中采用 富氧连续加煤造气，可以降低我国氮肥的生产 成本，目前该行业有近20亿立方米的氧气需求 量。 煤炭气化被认为是优于直接燃烧且利于环 保的工艺，其不仅可以减少SOx和NOx等废气 的排放，而且还可以低成本回收二氧化碳，该 工艺对于象中国这样具有大量煤炭储备的国家 来说，是一种经济合理的选择，如果市场认可 煤气化所生产的二氧化碳副产品能够等同于提 高了石油回收率，那么煤气化工艺的经济性前 景进一步提高，目前我国可持续发展战略已将 煤气化工艺列为重点项目加以推广。许多化学 品都是通过催化氧化反应生产的，并且研究结 果表明有十余种化工产品的生产都可以用富氧 空气代替空气，以提高生产效率，另外炼油厂 采用富氧再生工艺可增加催化裂化装置和硫磺
然而，随着工业用氧规模的逐渐增加，普 通的轴向流吸附器受到吸附器直径的限制，很 难满足制氧装置大型化的需要，而解决这一问 题的方法是采用径向流的吸附器结构，在径向 流的情况下，吸附阶段的流向是从外到里，而 在解吸时流向是从里到外，这种吸附器结构的 主要优点是：低的容器容积、低的死容积、低 的压力降、吸附和解吸时有利的流动方向、固 定的吸附剂充填，有利的流动方向是在吸附和 解吸时使气体流量改变的结果：在吸附阶段， 气体流量在从外向里流动时减少，而在解吸阶 段、气体流量在从里向外流动时增加，这是吸 附和解吸的结果，而径向流吸附器的流动截面 积正是从外到里逐步减少的，而采用径向流吸 附器是变压吸附制氧装置大型化的必然选择。
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度和压力的均匀，并且径向均匀度较差，这就 使得吸附床的死体积大，产氧率低。因此，开 发具有良好的均流速和均压力的气体分布器可 以最大限度地发挥吸附剂的效率，并可以降低 吸附器的高径比。
以往对变压吸附的研究主要依靠试验手 段，然而，对于流速相对较低，内部又装有吸 附剂的吸附器内的流场，采用试验的手段无法 研究，因此，可以采用数值分析的方法对吸附 器内的三维流场进行研究，找到影响气流分布 的原因，并在此基础上对吸附器的结构进行改 进，使得气体分布器有较好的布气效果，为大 型变压吸附制氧装置提供了保障。
2．3 工艺流程 不同的吸附剂具有不同的吸附性能，运 行时需要不同的工艺条件，因此，根据吸附剂 的特性，研究适合该吸附剂吸附分离的工艺条 件，可以充分的挖掘吸附剂的吸附潜力，发挥 装置的最大效率，以最低的生产成本获得最大 的产品氧气，另外，良好的变压吸附工艺可以 降低吸附的失效速度，保证吸附装置的使用寿 命。
回收装置的加工能力，同时还可以提高渣油的 掺炼，减少Sox和NOx的产生。
2、变压吸附空分制氧的关键问题 2．1 吸附剂 吸附剂是变压吸附制氧的核心，吸附剂 的吸附分离性能直接决定着制氧装置的能耗、 体积以及使用寿命等，因此研究高效的制氧吸 附剂始终是变压吸附制氧研究的核心方向。 变压吸附制氧常用的吸附剂主要是CaA型分子 筛，但是，该分子筛的吸附容量小，分离系数 低，单位氧气的能耗较高。因此，CaA型分子 筛限制了变压吸附制氧装置的生产规模。目 前，吸附分离性能较好的是锂分子筛，其吸附 量大、高选择性、低吸附压力的特性可以提高 装置的氧收率和分子筛的产率，从而降低装置 的能耗、体积和吸附剂用量。B a l k h等研究发 现，L i X 沸石的氮气吸附容量比N a X提高约 50%,分离系数13X从3倍提高到7倍，工业应用 中P S A流程的能量消耗的决定性因素是操作压 力比，用5A沸石或13X沸石做吸附剂，工业上 一般采用4及以上的压力比，低于此值，氧气 的回收率急剧下降，同时产品气纯度很难保持 在95%，而采用L i X分子筛，压力可以降致2左 右，较低的操作压力比意味着解压力的提高， 从而降低了真空装置的投资和操作费用，这一 点对工业应用尤为有利。 LiLSX（低硅铝比锂X沸）对N2有很高的 吸附量，并且对N2、O2的选择性比L i X（S i/ A1=12～13）高，R e g e认为100%L i交换的 LSX（Li 100% LSX）吸附N2的量是LiX的15 倍，是目前用于空分制氧最好的吸附剂，目前 美国研制的新型沸石分子筛吸附剂具有高的吸 附选择性和吸附容量，使用真空解吸法就可以 得到纯度为99.95%的氮及99.5%的氧，而投资 仅为目前变压吸附法的1/3～1/2，能耗降低 25%-30%，据此用吸附剂可以加速吸附氧气， 可分别制氮和制氧，也可以同时制氮、氧。 2．2 吸附器的结构 吸附器的结构是吸附剂效率发挥和吸附 工艺得以实现的保障，变压吸附空分制氧的吸 附器空塔流速较高、高径比较小，直径较大， 因此，吸附器结构中最重要的就是气体分布问 题。吸附器内的理想流动状态是平推流动，但 是，普通的气体分布器很难达到同一截面的速
工 程技术
浅谈变压吸附（PSA）
空分制氧中的关键问题
董格婷 陕西神木化学工业有限公司
摘要：用富氧来代替空气造气，可以达到 节能和增产的目的，用富氧空气代替普通空气用 于煤气发生炉，能够产生明显的节煤效益，提高 气化强度，本文探讨了变压吸附空分制氧的一些 关引言 随着我国经济和现代化工业的发展，富氧 空气的使用越来越广泛，深冷分离法大规模应 用于工业已有百年的历史，但深冷分离法所要 求的系统复杂，投资大，能耗高，适用于大规 模生产富氧领域，变压吸附空分制氧于上个世 纪50年代开发成功，是一种高科技含量的比较 成熟的制氧技术，该制氧工艺具有流程简单、 安全、投资少、能耗低、自动化程度高、启动 时间短、适应性强、制氧过程在常温下完成， 氧气纯度适中（50%-95%），负荷调节范围较 大（30%-110%）等优点，因此，在制氧规模 适中，纯度要求不高的场合，变压吸附制氧具 有较大优势，随着我国工业的持续高速发展， 节能降耗技术的大力推广以及环境保护要求的 不断提高，变压吸附制氧的市场将不断拓展。 1、变压吸附空分制氧在化工领域的应用 用富氧来代替空气造气，可以达到节能 和增产的目的，用富氧空气代替普通空气用于 煤气发生炉，不但能够产生明显的节煤效益， 提高气化强度，降低灰中碳含量，而且还能使 一些煤质差的煤的利用，在化肥造气中采用 富氧连续加煤造气，可以降低我国氮肥的生产 成本，目前该行业有近20亿立方米的氧气需求 量。 煤炭气化被认为是优于直接燃烧且利于环 保的工艺，其不仅可以减少SOx和NOx等废气 的排放，而且还可以低成本回收二氧化碳，该 工艺对于象中国这样具有大量煤炭储备的国家 来说，是一种经济合理的选择，如果市场认可 煤气化所生产的二氧化碳副产品能够等同于提 高了石油回收率，那么煤气化工艺的经济性前 景进一步提高，目前我国可持续发展战略已将 煤气化工艺列为重点项目加以推广。许多化学 品都是通过催化氧化反应生产的，并且研究结 果表明有十余种化工产品的生产都可以用富氧 空气代替空气，以提高生产效率，另外炼油厂 采用富氧再生工艺可增加催化裂化装置和硫磺
然而，随着工业用氧规模的逐渐增加，普 通的轴向流吸附器受到吸附器直径的限制，很 难满足制氧装置大型化的需要，而解决这一问 题的方法是采用径向流的吸附器结构，在径向 流的情况下，吸附阶段的流向是从外到里，而 在解吸时流向是从里到外，这种吸附器结构的 主要优点是：低的容器容积、低的死容积、低 的压力降、吸附和解吸时有利的流动方向、固 定的吸附剂充填，有利的流动方向是在吸附和 解吸时使气体流量改变的结果：在吸附阶段， 气体流量在从外向里流动时减少，而在解吸阶 段、气体流量在从里向外流动时增加，这是吸 附和解吸的结果，而径向流吸附器的流动截面 积正是从外到里逐步减少的，而采用径向流吸 附器是变压吸附制氧装置大型化的必然选择。