vpsa制氧技術培訓資料北京北大

1. VPSA制氧站的制氧機的發展情況

1891年，德國林德公司在冷凍機械製造公司的實驗室開始空氣液化工作。
1895年，林德教授利用焦耳--湯姆遜效應製成第一台液體空氣裝置。
1901年，林德公司在慕尼黑市建立低溫設備製造車間。
1902年，林德設計的第一台單級精餾塔的空分設備製成。法國克勞特發明了膨脹機，在巴黎建立空氣液化公司。
1903年，林德公司製成第一台工業性10m3/h的制氧機，採用高壓節流的高壓流程。
1910年，法國製成第一台採用中壓帶活塞膨脹機的中壓流程的50m3/h制氧機。
1920年，德國海蘭特發明了可生產液氧的高壓帶膨脹機的高壓流程。
1924年，法蘭克爾建議在大型空分設備是採用金屬填料的蓄冷器代替一般的熱交換器。
1926年，法蘭克爾提出普通形式蓄冷器。
1930年，林德公司製成第一台工業規模的林德--法蘭克爾裝置，產量為255m3/h，純度為99.5%O2 。
1932年，透平膨脹機第一次應用於林德--法蘭克爾裝置上。德國第一次在冶金和合成氨工業中用氧。
1939年，蘇聯創造了高效率的透平膨脹機，並開始研究全低壓空分設備。
1947年，林德公司致力於全底壓工業氧製造設備。蘇聯開始設計全低壓流程的大型工業氧裝置。
1949年，美國第一次在29000m3/h制氧機上應用板翹式換熱器。
1952年，奧地利首先使用純氧頂吹轉爐煉鋼，促使冶金用氧劇增。
1955年，美國大力發展導彈，消耗大量液氧作為助燃劑。
1957年，第一台自動操作的120噸/天制氧機製成。
1960年，日本完成了10000m3/h99.6%O2和10000m3/h99.99%N2的雙高純度的大型全低壓設備。
1972年，法國製成世界上最大容量的純氧空分設備：1700噸/天O2和1500噸/天N2 。
更大型的機組還在持續研究中。

2. VPSA制氧站的1-2 變壓吸附制樣的發展歷史

變壓吸附分離技術被發明以來，廣泛地應用於氣體混合物的分離精製。
首先，1958 年，Skarstorm 申請專利並應用此技術分離空氣。同時，Gerin de Montgareuil 和Domine 也在法國申請專利。兩者的差別是，Skarstorm 循環在床層吸附飽和後，用部分低壓的輕產品組分沖洗解吸，而Gerin-Domine 循環採用抽真空的辦法解吸。
1960 年大型變壓吸附法空氣分離的工業化裝置建成。
1961 年用變壓吸附分離工藝從石腦油中回收高純度的正構烷溶劑，並命名為Isosiv 過程，1964年完善了從煤油餾分中回收正構烷烴的工藝。
1966 年利用變壓吸附技術提氫的四塔流程裝置建成，20 世紀70 年代後採用四塔以上的多塔操作，並向大規模、大型化發展。
1970 年又建成分離和回收氧的工業化裝置，用於環保工業污水處理生化的需要。同時被廣泛用於從石腦油中提取正構烷烴，再經異構化，將異構化產物加入汽油餾分中，以提高其辛烷的Hysomer過程。
1975 年試製成醫用富氧濃縮器，1976 年開發了用碳分子篩變壓吸附制氮的工藝並工業化，隨後採用5A沸石分子篩抽真空制氮工藝。到1983年德國推出性能優良的制氮用碳分子篩。到1979年為止，約有一半的空氣乾燥器採用Skarstrom 的變壓吸附工藝。變壓吸附用於空氣或工業氣體的乾燥比變溫吸附更為有效。1980年開發了快速變壓吸附工藝（又稱為參數泵變壓吸附）。
從20 世紀90年代起，由於電能緊張，變壓吸附制氧又在煉鋼等領域佔有了一席之地。
1-2-1 我國對變壓吸附制氧技術的研究
我國對變壓吸附制氧技術的開發起步較早，從1966年開始研究沸石分子篩分離空氣制氧技術；20世紀70年代PSA分離空氣制氧在鋼鐵、冶煉和玻璃窯等工業領域已經得到了廣泛的應用。20多年來，由於技術力量分散，相互之間缺少聯絡，我國的變壓吸附制氧技術發展緩慢，同國外的差距越來越大。20世紀70年代是我國PSA分離空氣制氧技術發展的鼎盛時期，全國有十幾個單位相繼開展了變壓吸附制氧技術的實驗研究，建立了數套工業試驗設備。這個時期開發的變壓吸附制氧設備的共同點有以下幾個方面：
（1）大多採用高於大氣壓吸附、常壓解吸流程，吸附塔有兩個到四個；
（2）空氣進入吸附塔前，經過脫水預處理；
（3）設備可靠性差，不能連續穩定運行，導致大部分設備報廢；
（4）技術、經濟指標落後。
20世紀80年代，原來從事變壓吸附制氧裝備研製單位的開發項目相繼中止，我國變壓吸附制氧技術的開發再次進入低谷。
1995年，美國錦綉國際企業集團ELEGANT旗下的崑山錦滬機械有限公司在河南洛陽鋼鐵廠建成VSAO-1000Nm3/h制氧機（註：刊物《冶金設備》有載），標志著變壓吸附在我國正式進入工業領域，也標志著變壓吸附在我國進入高速發展時期。
一九九四年，洛鋼有關領導考慮到本廠現有深冷制氧機不能滿足煉鋼廠要求，且故障率較高的弊端，同時了解到變壓吸附制氧機具有啟動快、操作方便、維護量少等優點，對此新型制氧機頗為注重。當時在國內並無樣版工程。為開拓國內市場，我司邀請洛鋼有關技術人員分別考察了CATHAY PACIFIC SKK STEEL、JAKARTA PRlMA 等海外鋼廠所用我司之變壓吸附設備。考察團回國後便決定上一台1000Nm3/Hr變壓吸附制氧設備，除廠房、土建部分外，由錦滬機械有限公司總承包。該設備於一九九五年五月份一次試車成功，所測各項指標均達到設計要求。
此項目是我國工業領域所用的第一台變壓吸附制氧設備。
20世紀90年代是我國變壓吸附制氧技術突飛猛進向前發展的時期，變壓吸附制氧技術逐漸成熟，有些產品的綜合技術經濟指標已經接近國外先進水平。多年的實踐表明，我國變壓吸附制氧技術已經走出實驗室步入實用化階段。在近十年內，通過不斷地技術更新和研究開發，我國變壓吸附制氧技術日新月異，發展迅速，與世界先進水平之間的差距正在不斷縮小。但從整體水平上看，我國在很多方面與國際先進水平仍有一定的差距。如在新型高性能的吸附劑的研究，吸附流程的改進，理論分析研究和數學模型的建立，質量監控與自動化控制等許多方面。
崑山錦滬機械有限公司簡介：
崑山錦滬機械有限公司隸屬於美國錦綉國際企業集團ELEGANT，旗下在各國擁有的六個子公司，專業致力與PSA、VPSA變壓吸附制氧設備和分子篩的研發、生產及銷售。我公司地處風景優美的江蘇崑山市，自1995年建立以來，引進歐、美先進技術，不斷開創了國內變壓吸附制氧在各領域工業化應用的先河。是中國同行業中極少擁有體系認證（ISO9001：2000質量管理體系）、「高新技術企業認定證書」及「百佳高新技術成果轉化項目」的企業。在核心技術領域，我們與德國拜爾長達近二十年的技術合作以及年出口超過3000噸分子篩的驕人業績，更捍衛了我們在制氧領域不可替代的地位。
錦滬公司擁有一支自主研發能力極強的高效技術團隊，在引進歐、美先進技術的前提下，結合本國工業進程落伍、技術更新差的特點，為客戶提供量身訂制的解決方案。我們在沒有先例的情況下，突破重重困難，與1995年同時成功實現了國內第一套變壓吸附制氧設備在造紙和冶煉領域的工業化應用，為國內的同行提供了寶貴的實踐經驗。積極有效的推動了變壓吸附制氧設備在我國的發展應用！繼此之後，我們更是在技術要求比較高的紙漿漂白領域一枝獨攬。隨著世界環境保護的鍾聲響起，並響應國家「節能減排」的號召。我們不但需要為氣體資源領域提供有價值的技術與產品，推動工業文明的發展，我們更渴望擁有碧水藍天。因此，錦滬公司在汲取國外先進經驗的同時，加強與國內高等院校、各行業設計院人士及國內行業龍頭企業的密切合作，在變壓吸附制氧應用領域開辟了多條道路。我們多樣化的產品涉及造紙、冶金、有色、環保、化工、醫療、水產養殖、玻璃等各個行業。目前，錦滬VPSA制氧設備在國內外市場供不應求，產品遠銷美國、緬甸、台灣、菲律賓、印度尼西亞等地。良好的市場定位，優質的品質保證，確立了錦滬公司在制氧行業舉足輕重的地位。
錦滬將一如既往地傳承愛心文化，善盡社會責任，培育科技人才，創新發展模式，挑戰科技創新和產也轉型的更高目標，締造「長期、穩定、發展、科技、國際」之一流公司的長青偉業！

3. VPSA制氧站的工藝說明

VPSA制氧系統主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣平衡罐組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒後,被羅茨鼓風機增壓至0.3-0.5barg而進入其中一隻吸附器內。吸附器內裝填吸附劑,其中水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分在吸附器入口處被裝填於底部的活性氧化鋁所吸附,隨後氮氣被裝填於活性氧化鋁上部的沸石分子篩所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產品氣排至氧氣平衡罐。
當該吸附器吸附到一定程度,其中的吸附劑將達到飽和狀態,此時通過切換閥利用真空泵對之進行抽真空(與吸附方向相反),真空度為0.65-0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其它氣體組分被抽出並排至大氣,吸附劑得到再生。
VPSA的每個吸附器都交替執行以下步驟:
---吸附---解吸---沖壓
上述三個基本的工藝步驟由PLC和切換閥系統來實現自動控制。
VPSA型制氧機 1、 能耗比較低。產氧量越大，能耗也降低。 2、 維護成本低，動設備為羅茨鼓風機和羅茨真空泵，因其工作原理都為容積式，無油，極易維護。 3、 整套設備的自動化程度高，動設備與制氧機是同步控制，只需按一下啟動按鈕，整套設備即可正常運行。 4、適合於中大型產量。

4. 家用制氧機原理與維修常識

在眾多變壓吸附制氧流程中，大體上可歸納為、VSA、VPSA三種。PSA即超大氣壓吸附常壓解吸流程，優點是機組簡單且對分子篩要求低，缺點是能耗太高，宜在小型設備上使用；VSA即大氣壓吸附真空解吸流程，優點是能耗低，缺點是設備相對復雜，總投資昂貴；VPSA即穿透大氣壓吸附真空解吸流程，優點是能耗較低，分子篩利用率高，設備總投資相對於VSA流程要低得多，缺點是對分子篩和閥門的要求相對較高。在錦滬公司以前的變壓吸附制氧機中，VSA型佔多數，主要原因是大多數國外客戶傾向於低能耗流程。
ELEGANT從1997年開始採用VPSA流程，並對傳統流程及工藝做較大改進，不僅使能耗降到最低(指採用同品牌分子篩的情況)，同時達到設備簡化和小型化的目標，投資得到降低，具有較高的性能價格比。
就一般PSA流程，原料空氣經鼓風機由塔底進入吸附塔A，空氣中的氮氣、水分、二氧化碳、碳氫化合物被吸附，塔頂為產品氧氣。當吸附塔A的吸附劑達到一定的飽和度後，自動切換空氣進入塔B，同時降低塔A的吸附壓力使其再生。二塔周期切換，連續獲得氧氣。
本裝置採用兩塔制VPSA法，利用分子篩從空氣中吸附氮氣，分離提取氧氣，製得93％的富氧。在製得93％富氧的同時，還將輸出含有氮氣的解吸氣，通常被排入大氣。
空氣經過過濾器進入鼓風機，在鼓風機的輸送下從吸附塔下部進入。吸附塔下部填充活性氧化鋁，活性氧化鋁的作用是去除空氣中的水分子和二氧化碳分子，以免使沸石分子篩「中毒」。吸附塔的上部是沸石分子篩，當空氣流經填滿的分子篩固定床時，空氣中的氮氣分子在吸附作用力下擴散到分子篩固體中去，氧氣分子和氬氣原子則通過床層到緩沖罐中。緩沖罐與氧壓機相連，將產品壓縮到用戶所需的壓力，送到儲氣罐中，供生產使用。經過一段時間的吸附，分子篩顆粒中充滿氮氣分子，達到吸附飽和階段，此時關閉空氣進口閥，利用塔內的富氧空氣對剛抽真空的另一塔進行沖洗，等壓力降到某一值時關閉均壓閥，同時打開真空泵進口閥對塔體抽真空，到一定真空度後再利用另一塔內的富氧氣及緩沖罐中部份產品氣對沸石分子篩沖洗，從而使吸附劑徹底解吸。吸附劑解吸過程完成後，用產品氣對塔進行充壓，充壓至某一低真空度值後關閉緩沖閥，打開鼓風機出口閥對吸附塔進行充壓，為下一次吸附做准備。

5. vpsa制氧為什麼不用空壓機、冷干機而去用鼓風機和冷卻器

空壓機的氣體是惰性的，空壓機裡面含有油氣，水汽，裡面的酸性成分對氧氣產生了危害，而鼓風機可以視作純凈的空氣……

6. 制氧機的工作原理

原理是利用空氣分離技術。

制氧機是製取氧氣的一類機器，首先將空氣回以高密度壓縮再利用空答氣中各成分的冷凝點的不同使之在一定的溫度下進行氣液分離，再進一步精餾而得。

採用分子篩的吸附性能，通過物理原理，以大排量無油壓縮機為動力，把空氣中的氮氣與氧氣進行分離，最終得到高濃度的氧氣。這種類型的制氧機產氧迅速，氧濃度高，適用於各種人群氧療與氧保健。耗電量低。

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使用制氧機的注意事項：

1、為防止停電或制氧機可能出現的故障，急需用氧者及重症病人，必須配置其他備用的供氧裝置，如：氧氣瓶、氧氣袋等。 盡管制氧機的出氧濃度可高至96%，但僅適用於氧氣補充，目前不應考慮作生命支持或生命延續。

2、 可能有電擊危險。遇到制氧機需要維修的情況，不應自私拆卸機器處理，應請有一定資質的維修人員進行維修。 操作制氧機前，應當仔仔細細地細閱讀其產品使用說明書後，再使用。

3、氧療期間，一旦出現頭痛劇烈、指甲或指尖發青、心慌難受、昏昏欲睡或呼吸不規律等症狀，請立即停止使用並盡快與醫生聯系。

7. vPsA變壓吸咐制氧是怎麼回事

VPSA制氧抄系統主要由鼓風機、真空泵、切換襲閥、吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒後,被羅茨鼓風機增壓至0.45barg而進入其中一隻吸附器內。吸附器內裝填吸附劑,其中水分、二氧化碳、及少量其它氣體組分在吸附器入口處被裝填於底部的活性氧化鋁所吸附,隨後氮氣被裝填於活性氧化鋁上部的沸石分子篩所吸附。而氧氣(包括氬氣)為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產品氣排至氧氣緩沖罐。
當該吸附器吸附到一定程度,其中的吸附劑將達到飽和狀態,此時通過切換閥,首先經過一均壓降壓過程,將吸附塔死空間內的部分氧氣回收,同時將吸附塔壓力降至微負壓，再利用真空泵對之進行抽真空(與吸附方向相反),真空度為-0.50barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其它氣體組分被抽出並排至大氣,吸附劑得到再生。
VPSA的每個吸附器都交替執行以下步驟:---吸附---解吸---沖壓
-崑山錦程氣體