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真空变压吸附制氧设备（AnOxygenConcentratorByVaccumPressureSwingAdsorption）20152020年7月14日7时34分真空变压吸附制氧设备工艺原理产品特点流程描述2020年7月14日7时34分一、工艺原理1、真空变压吸附制氧工艺的基础：新型LiX沸石分子筛在低压-真空区域拥有更大N2吸附量差值。2020年7月14日7时34分0510152025303540455001234567吸咐量V：(ml/g)绝对压力(bar.a)锂分子筛吸咐等温线N2(bar.a)O2O2N2吸咐量V：(ml/g)2、合理的吸附塔结构：空气气源组分复杂，工艺应对气源进行有效净化再进行关键的氧氮分离，保证核心吸附剂的工作效率。2020年7月14日7时34分二、产品特点1、深冷法与真空变压吸附法制氧对比2、真空变压吸附制氧设备产品特点3、同行情况说明2020年7月14日7时34分1、真空变压吸附制氧与深冷法制氧对比项目深冷法制氧真空变压吸附法制氧分离原理将空气液化,根据氧和氮沸点不同达到分离。加压吸附,降压解吸,利用氧氮吸附能力不同达到分离。装置特点工艺流程复杂,设备较多,投资大工艺流程简单,设备少,自控门较多,投资省。工艺特点-160～-190℃低温下操作常温操作操作特点启动时间长,一般15～40h,必须连续运转,不能间断运行,短暂停机,恢复工况时间长。启动时间短,一般≤30min,可连续运行,也可间断运行。维护特点设备结构复杂,在低温下运行，加工精度高,维修保养技术难度大,维护费用高。设备结构简单,近似常温常压下操作，维护保养技术难度低,维护保养费用低。土建及安装特点占地面积大,厂房和基础要求高,工程造价高。安装周期长,技术难度大,安装费用高。占地面积小,厂房无特殊要求,造价低。安装周期短,安装费用低。安全性在超低温、高压环境运行可造成碳氢化合物局部聚集,存在剧烈爆炸的可能性。常温常压下操作,不会造成碳氢化合物的局部聚集。可调性气体产品产量、纯度不可调,灵活性差气体产品产量、纯度可调,灵活性好。经济适用性气体产品种类多,气体纯度高,适用于大规模制气、用气场合。投资小,能耗低,产品单一,浓度低,适用于氧气纯度95%以下、中小型用氧场合。三、产品特点2020年7月14日7时34分2、真空变压吸附制氧设备产品特点根据各种不同分子筛测试数据采用与之对应的最佳吸附解吸压力段进行设计，保证每套设备拥有最佳能效比。采用罗茨风机、泵机，长寿命、低维护成本、节能，多种可选降噪设计方案可有效降低现场噪音。进口品质高性能蝶阀、西门子PLC控制系统、优质传感及气动元件，保证设备长期稳定运行。三、流程描述2020年7月14日7时34分空气气源经风机升压进入氮氧分离吸附塔,分离得到的氧气经过平衡罐、缓冲罐进入氧气压缩机升压后送至客户现场,分离得到的尾气经真空泵抽至大气排放。设备组成鼓风机升压部分真空泵抽负压部分氮氧分离部分氧气缓冲部分氧气增压部分仪表气部分电气控制部分循环冷却水部分说明：设备是以洁净空气为原料，经空气过滤器进入罗茨鼓风机，升压后经过换热器进行热交换冷却，使温度降到分子筛最佳吸附性能温度状态（25℃左右），再进入已经再生完毕处于工作状态的吸附器。在吸附器内，空气中的水分、二氧化碳等组分经过床层下部氧化铝、13X分子筛被吸附，氮气组分被床层中部LiX分子筛吸附，未被吸附的氧气在吸附器顶部富积作为产品气输出，真空变压吸附分子筛制氧设备常规设置两只吸附器，当一只吸附器产出氧气时，另一只吸附器处于抽真空再生状态，吸附器在单级真空泵作用下抽至-55kpa左右，排出气经过消音处理排至室外。当抽负压吸附器在完成真空再生之后，由完成吸附工况的吸附器对本器均压，然后引入空气升压并开始吸附，而完成均压之后的吸附器接着抽真空再生。这样两只吸附器交替重复产氧和再生，实现连续制取氧气。被制取的纯度93%左右富氧在缓冲调节之后经过氧气压缩机升压达到所需的压力要求，再送至用氧用户。3-1鼓风机升压部分•作为整套设备的进气动力部件鼓风机，为氧氮分离系统提供合适的正压气源。鼓风机升压部分包括入口空气滤清装置、罗茨鼓风机主体及配套电机、换热器、旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀、出口单向阀、消音器、波纹管接头（或弹性接头）等成套设备。•罗茨风机是一种旋转式容积鼓风机，它通过同步齿轮带动作等速反向旋转，达到把吸入气体从进口推移到出口，并克服出口侧高压气体阻力而强制排气的目的。风机结构壳体叶轮及轴侧板轴承及支座同步齿轮油箱其它・油封・O-型圈・3-2真空泵抽负压部分•真空泵系统包括罗茨真空泵主体及配套电机、旁路气动切换蝶阀及手动蝶阀、Y型过滤器、消音器、波纹管接头（或弹性接头）等成套设备。分子筛吸附达到动态饱和状态之后必须进行解吸再生，沸石分子筛被证明在负压真空状态下有更好的解吸再生效果。•为了提高罗茨真空泵抽真空效率，我们通常选用湿式泵，为其提供少量密封用软化水。3-3氮氧分离部分•氧氮分离部分是整套设备的核心部件，主要由两个交替工作的内部填装填料的吸附塔和一些气动切换阀门组成。根据LiX沸石分子筛对空气中氮气、氧气分子的吸附容量不同，在正压吸附和负压脱附过程中实现氧氮分离，而正压吸附与负压脱附过程由可编程控制器按一定程序控制电磁阀并由电磁阀控制相应的气动切换阀来实现自动循环运行，连续产出氧气。切换蝶阀分子筛吸附原理•变压吸附制氧机是采用沸石分子筛为吸附剂。沸石分子筛具有均一微孔结构，并且能选择性地吸附直径小于其微孔孔径的气体分子的结晶性的铝硅酸盐。其化学方程式一般以ME2/XO•Al2O3•mSiO2•nH2OME:X价的阳离子来表示。其结构组成也是多种多样的，同时不同阳离子比例组成对吸附分离影响不同。•沸石分子筛的晶体是笼型结构，有非常发达的晶穴。在晶穴中具有非常强的阳离子和氧负离子，构成了极性极强的极性分子筛，而氧和氮是非极性分子，当氧氮通过极性分子筛时，在极性分子作用下，氧氮产生了诱导偶极，而氧氮的诱导偶极和沸石分子筛的极性偶极作用产生一种诱导力，而容易极化的氮产生的诱导力远远大于氧产生的诱导力，因此分子筛对氮的吸附容量大于对氧的吸附容量，所以氮被沸石分子筛优先吸附而富集于分子筛的固相中，氧富集于非固相中，这就是氧的产品气。分子筛还具有加压时对氮的吸附容量增加，减压时吸附容量减少的特性。因此，可采用对沸石分子筛加压时吸附氮，减压时，氮从分子筛中解吸出来的方法来实现变压吸附制氧。•其中LiX沸石分子筛在负压抽真空再生条件下有相当优越的氧氮分离性能，对比CaX及CaA型沸石分子筛，产气率提高了二倍以上，有资料表明，LiX沸石分子筛随着发展这个差距将进一步拉大。同时LiX沸石分子筛吸附稳定性更好，使用寿命更长。•Li+离子是半径最小的金属离子，有高的电荷密度，因此有较高的极化率，与N2的作用更强。3-4氧气缓冲部分•氧气缓冲部分主要由氧气平衡罐、氧气缓冲罐、质量流量计、氧气纯度分析仪、调节阀、气动切换阀等组成。3-5氧气增压部分氧气增压部分是由氧压机主体及配套电机、后冷却器、氧气储罐、单向阀、氧气蝶阀等组成。氧压机一般采用立式往复活塞式结构，运转时，通过曲轴、连杆及十字头，将回转运动变为活塞在气缸内的往复运动，并由此使工作容积作周期性变化，完成吸气、压缩、排气和膨胀四个工作过程。当活塞由外止点向内止点运动时，进气阀开启，气体进入气缸，吸气开始；当到达内止点时，吸气结束；当活塞由内止点向外止点运动时，气体被压缩，当气缸内压力超过其排气管中背压时，排气阀开启，即排气开始，活塞到外止点时，排气结束。活塞再从外止点向内止点运动，气缸余隙中的高压气体膨胀，当吸入管中压力大于正在缸中膨胀的气体压力，并能克服进气阀弹簧力时，进气阀开启，在此瞬时，膨胀结束，完成了一个工作循环。3-6仪表气部分•仪表气部分包括空压机、冷干机、过滤器、除油器、空气储罐、调压阀等设备。•气动蝶阀，气动调节蝶阀在自动控制切换过程中均需要0.6MPa左右仪表气源作为气缸驱动力；为了保证设备的开工率，对于需经常维护保养的过滤装置增设旁通阀。3-7电气控制部分•电气控制部分包括电控柜、仪控柜、操作台、就地按钮柜、工控机带打印机、可编程控制器PLC、UPS电源等设备。•设备按照可编程控制器PLC编辑的程序自动运行，除了控制气动阀的开关外，还对各工艺参数的检测，调节以及整个工艺系统的安全运行进行报警及联锁控制。系统中的各个运行参数，控制系统将定期报表打印，以便操作人员直观了解装置运行情况。3-8循环冷却水部分•循环冷却水部分包括水泵、冷却塔、密封软化水装置、一些水路切换阀等设备。•系统正常运行过程中需要一定量的循环冷却水对升温气体、鼓风机、真空泵、氧压机、电机进行热交换冷却；湿式真空泵运行过程需要微量工业用软化水用于叶轮密封。•除以上之外，客户有时也会提出液氧备用系统。2020年7月14日7时34分THANKS!2020年7月14日7时34分