TCO-100P-2

一、 PSA变压吸附制氮机原理简介

变压吸附（Pressure  Swing  Adsorption，简称PSA）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。

¨        PSA技术具有以下优点：

l        产品纯度可以随流量的变化进行调节；

l        在低压和常压下工作，安全节能；

l        设备简单，维护简便

l        微机控制，全自动无人操作。

¨        关于吸附剂

吸附剂是PSA制氧设备的核心部分。一般地，PSA制氧设备选择的是沸石分子筛，它吸附空气中的氮气、二氧化碳、水分等，而氧气不能被吸附。

二、 沸石分子筛空分制氧原理

本系统采用沸石分子筛变压吸附制氧。变压吸附制氧机是以沸石分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氮气，从而分离出氧气的自动化设备。沸石分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的球形颗粒状吸附剂，呈白色。其孔型特性使其能够实现O₂、N₂的动力学分离。沸石分子筛对O₂、N₂的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，N₂分子在沸石分子筛的微孔中有较快的扩散速率，O₂分子扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO₂的扩散同氮相差不大。最终从吸附塔富集出来的是氧气分子。

沸石分子筛制取氧气，其纯度与产气量可根据实际需要进行任意调节，产气量减少，O₂纯度将提高，反之，纯度下降。由于沸石分子筛对氧和氧的吸扩散速率不同，其吸附N₂在短时间内就达到平衡，此时，氧的吸附量很少，吸附时间适当加长，可以节约原料空气，降低能耗，减少制氧机上阀门开关频率，提高装置的稳定性，延长沸石分子筛的使用寿命。

 

三、 天城氧气设备的工艺流程简要说明

A.    天城公司设计的压缩空气制氧系统的组成部件:

-------空气压缩机（本公司不生产）

-------压缩空气净化组件

------高效除油器

------冷冻干燥机

------精密过滤器（含T、A、H三级）

-------压缩空气缓冲罐

------ PSA制氧机（氧氮分离系统）

-------氧气过滤器（含T级）

-------氧气储罐（本公司不生产）

B.    PSA制氧系统流程（完整单套）

螺杆式空压机→高效除油器→冷干机→精密过滤器(T级)→精密过滤器(A级)→活性碳过滤器→压缩空气缓冲罐→制氧机→氧气过滤器(T级)→氧气储罐→成品氧气

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C.    各部件说明

1、空气压缩机

主要用来提高原料空气的压力，为变压吸附制氧提供具有稳定压力的气源。

结合贵方提供的参数，和天城制氧的条件选择压缩机：……

2、 压缩空气净化组件

压缩空气经高效除油器除油、冷冻干燥机除水、过滤器除尘、除油，并由在紧随其后的活性炭过滤器进行深度净化。设计严谨的空气净化组件确保了碳分子筛的使用寿命。经本组件处理后的部分洁净空气用于仪表空气。

3、 空气储罐

压缩空气经净化组件除尘、除水、除油后进入空气储罐中。

空气储罐的作用是：降低气流脉动，起缓冲作用；从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件，以便充分除去油水杂质，减轻后续PSA氧氮分离装置的负荷。

同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA制氧装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。

4、氮氧分离系统

装有专用沸石分子筛的吸附塔共有Ⅰ、Ⅱ两只。当洁净的压缩空气进入Ⅰ塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O₂、CO₂和H₂O被其吸附，产品氧气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，Ⅰ塔内的沸石分子筛吸附饱和。这时，Ⅰ塔自动停止吸附，压缩空气流入Ⅱ塔进行吸氮产氧，并对Ⅰ塔分子筛进行再生。

分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的N₂、CO₂和H₂O来实现的。两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氧气。上述过程均由PLC来控制。

我公司给贵方提供的是节能型沸石分子筛制氧机，节能型沸石分子筛制氧机采用了单向均压流程，而传统型沸石分子筛制氧机采用等势均压流程。所谓等势均压是分别在吸附塔底部和顶部设一对均压阀门，在吸附结束时，两塔进出口阀关闭，均压阀打开，气体分别从吸附塔的进出口通过均压阀均压到解吸塔。均压的好处有两个：一是减少气体对分子筛的冲击，二是提高压缩空气利用率，等势均压的结果是均压后两塔压力与氧气纯度一致，因其均压位置在同一高度，故称为等势均压。节能型沸石分子筛制氧机采用单向均压流程。由于吸附结束后吸附塔内的氧气浓度是不均匀的,在进气口的氧气浓度约为空气中的浓度21%,在出口端的浓度约为成品气的氧气浓度(如:93%),我们在均压时首先将氧气浓度较高的气体向空塔均压,剩下浓度较低的气体向空气排放再生, 即同样排放气体数量时可减少氧气排放量。该方案虽然增加了少量成本(阀门),但是氧气回收率提高，产气量上升，间接效果是节约能耗，效果较明显。本次向贵公司提供的设备采用该技术。

另外，我公司现采用产气率，产氧率更高的优质分子筛，可使设备更加小型化，同时节约能耗更加明显。

我公司另一实用新型专利，采用二次均压技术制氮，该技术同样适用于PSA制氧。

当出气端氧气纯度小于设定值时，PLC可编程序控制器打开自动放空阀门，将不合格氧气自动放空，确保不合格氧气不流向用户，并对放空氧气进行消声使噪声小于85dBA。

5、氧气过滤器

在氧气设备的出气端设置了一级过滤器，确保为用户提供干净无尘的氧气。

6、氧气储罐

氧气缓冲罐用于均衡从制氧机中分离出来的氧气的压力和纯度，保证连续稳定供给氧气。

D.   设备工艺特点

n         安全的过滤系统

四级空气过滤选用进口原装空气过滤器(包括一个专用的活性碳过滤器,用于过滤吸附过滤器无法过滤的空气中的油蒸汽)达到残油≤0.003mg/m³

        可靠的充填技术

分子筛的装填与压紧方式是变压吸附制氧机的主要技术特征之一.我公司TCO系列变压吸附空分制氧设备运用正在申请专利技术的复合压紧方式,具有压紧力半自动调节(压力减少到设定压力时设备自动报警).此技术代表国际最新的结构方式,在加工工艺方面使制氧机的气流分布均匀、充分、无“死角”.此功能区别于一般厂家同类产品的弹簧压紧方式.防止由于多余空间而产生沸石分子筛的沸腾而破坏,造成沸石分子筛损耗。

分子筛充填采用的方式主要有两种:一种是由德国卡波公司为代表的“暴风雪”充填方式——可以在用户现场完成大型吸附器的分子筛充填.它的充填器由三段构成.第一段“导向段”筒体直径与吸附器筒体直径相同,底端敞开,上端由孔板封口;第三段“装料段”筒体直径与吸附器直径相同底端由孔板封口,上端敞口;第三段与第一段通过螺栓连在一起,孔板的孔对齐.中间段为三块活动板.当“装料段”装满分子筛后,抽掉中间三块活动板,装料段与导向段孔眼对齐,分子筛从孔眼流下.分2—4次将料装完.这一方案的技术要点是孔眼的设计.孔眼形式与大小设计与分子筛的外型尺寸,吸附器的直径有关,普通为长方形孔眼.由于更详细阐述涉及公司技术机密及可能涉及其他公司的专有技术.需要说明的是这一充填技术还与上封头采用浅平封头、压料技术密切相关。

        可靠的阀门控制

TCO变压吸附制氧系统选用优质气动阀门,阀门启动使用寿命三年以上(150万次),从而大大增加了系统的可靠性。

        高效的沸石分子筛

变压吸附制氧系统选用国产优质分子筛，产氧率高。使用该分子筛，正常操作情况下可使用8-10年，无环境污染。

        完善的控制系统

TCO变压器吸附制氧系统选用西门子可编程控制器，对设备运行实现全面自动控制。整个吸附分离过程由PLC控制，全自动无人化操作。

        压力及流量控制

设备输出口配有压力调节器,输出在0.2-0.4MPa.系统配有流量调节阀，流量可根据实际流量选择。氧气纯度可根据流量调节阀完成。

        专业的压力容器制作

吸附器、氧气罐、空气缓冲罐压力容器按最新版GB150—2011标准制作验收。焊接全部采用气体保护焊。压力容器外观及内件质量按天城公司质检部、技术部制定的吸附器、储罐验收标准执行验收。

        含氧量检测

本设备采用上海昶艾的高氧检测仪表。该仪表灵敏度高，响应速度快，运行稳定，并具有超限报警等功能。

        节能措施

本系统在氧储气罐前设一排空旁路,运行时在氧气不达标时将氧气补充罐中的氧气排空以保证产出达标氧气,此排空旁路设有自动和手动两种.本系统避免了由于氧气不合格而大量排出达标氧气.这是一种有效的节能措施。手动排空用于调试初期,自动排空,用于调试和生产过程。