vpsa制氧技术培训资料北京北大

1. VPSA制氧站的制氧机的发展情况

1891年，德国林德公司在冷冻机械制造公司的实验室开始空气液化工作。
1895年，林德教授利用焦耳--汤姆逊效应制成第一台液体空气装置。
1901年，林德公司在慕尼黑市建立低温设备制造车间。
1902年，林德设计的第一台单级精馏塔的空分设备制成。法国克劳特发明了膨胀机，在巴黎建立空气液化公司。
1903年，林德公司制成第一台工业性10m3/h的制氧机，采用高压节流的高压流程。
1910年，法国制成第一台采用中压带活塞膨胀机的中压流程的50m3/h制氧机。
1920年，德国海兰特发明了可生产液氧的高压带膨胀机的高压流程。
1924年，法兰克尔建议在大型空分设备是采用金属填料的蓄冷器代替一般的热交换器。
1926年，法兰克尔提出普通形式蓄冷器。
1930年，林德公司制成第一台工业规模的林德--法兰克尔装置，产量为255m3/h，纯度为99.5%O2 。
1932年，透平膨胀机第一次应用于林德--法兰克尔装置上。德国第一次在冶金和合成氨工业中用氧。
1939年，苏联创造了高效率的透平膨胀机，并开始研究全低压空分设备。
1947年，林德公司致力于全底压工业氧制造设备。苏联开始设计全低压流程的大型工业氧装置。
1949年，美国第一次在29000m3/h制氧机上应用板翘式换热器。
1952年，奥地利首先使用纯氧顶吹转炉炼钢，促使冶金用氧剧增。
1955年，美国大力发展导弹，消耗大量液氧作为助燃剂。
1957年，第一台自动操作的120吨/天制氧机制成。
1960年，日本完成了10000m3/h99.6%O2和10000m3/h99.99%N2的双高纯度的大型全低压设备。
1972年，法国制成世界上最大容量的纯氧空分设备：1700吨/天O2和1500吨/天N2 。
更大型的机组还在持续研究中。

2. VPSA制氧站的1-2 变压吸附制样的发展历史

变压吸附分离技术被发明以来，广泛地应用于气体混合物的分离精制。
首先，1958 年，Skarstorm 申请专利并应用此技术分离空气。同时，Gerin de Montgareuil 和Domine 也在法国申请专利。两者的差别是，Skarstorm 循环在床层吸附饱和后，用部分低压的轻产品组分冲洗解吸，而Gerin-Domine 循环采用抽真空的办法解吸。
1960 年大型变压吸附法空气分离的工业化装置建成。
1961 年用变压吸附分离工艺从石脑油中回收高纯度的正构烷溶剂，并命名为Isosiv 过程，1964年完善了从煤油馏分中回收正构烷烃的工艺。
1966 年利用变压吸附技术提氢的四塔流程装置建成，20 世纪70 年代后采用四塔以上的多塔操作，并向大规模、大型化发展。
1970 年又建成分离和回收氧的工业化装置，用于环保工业污水处理生化的需要。同时被广泛用于从石脑油中提取正构烷烃，再经异构化，将异构化产物加入汽油馏分中，以提高其辛烷的Hysomer过程。
1975 年试制成医用富氧浓缩器，1976 年开发了用碳分子筛变压吸附制氮的工艺并工业化，随后采用5A沸石分子筛抽真空制氮工艺。到1983年德国推出性能优良的制氮用碳分子筛。到1979年为止，约有一半的空气干燥器采用Skarstrom 的变压吸附工艺。变压吸附用于空气或工业气体的干燥比变温吸附更为有效。1980年开发了快速变压吸附工艺（又称为参数泵变压吸附）。
从20 世纪90年代起，由于电能紧张，变压吸附制氧又在炼钢等领域占有了一席之地。
1-2-1 我国对变压吸附制氧技术的研究
我国对变压吸附制氧技术的开发起步较早，从1966年开始研究沸石分子筛分离空气制氧技术；20世纪70年代PSA分离空气制氧在钢铁、冶炼和玻璃窑等工业领域已经得到了广泛的应用。20多年来，由于技术力量分散，相互之间缺少联络，我国的变压吸附制氧技术发展缓慢，同国外的差距越来越大。20世纪70年代是我国PSA分离空气制氧技术发展的鼎盛时期，全国有十几个单位相继开展了变压吸附制氧技术的实验研究，建立了数套工业试验设备。这个时期开发的变压吸附制氧设备的共同点有以下几个方面：
（1）大多采用高于大气压吸附、常压解吸流程，吸附塔有两个到四个；
（2）空气进入吸附塔前，经过脱水预处理；
（3）设备可靠性差，不能连续稳定运行，导致大部分设备报废；
（4）技术、经济指标落后。
20世纪80年代，原来从事变压吸附制氧装备研制单位的开发项目相继中止，我国变压吸附制氧技术的开发再次进入低谷。
1995年，美国锦绣国际企业集团ELEGANT旗下的昆山锦沪机械有限公司在河南洛阳钢铁厂建成VSAO-1000Nm3/h制氧机（注：刊物《冶金设备》有载），标志着变压吸附在我国正式进入工业领域，也标志着变压吸附在我国进入高速发展时期。
一九九四年，洛钢有关领导考虑到本厂现有深冷制氧机不能满足炼钢厂要求，且故障率较高的弊端，同时了解到变压吸附制氧机具有启动快、操作方便、维护量少等优点，对此新型制氧机颇为注重。当时在国内并无样版工程。为开拓国内市场，我司邀请洛钢有关技术人员分别考察了CATHAY PACIFIC SKK STEEL、JAKARTA PRlMA 等海外钢厂所用我司之变压吸附设备。考察团回国后便决定上一台1000Nm3/Hr变压吸附制氧设备，除厂房、土建部分外，由锦沪机械有限公司总承包。该设备于一九九五年五月份一次试车成功，所测各项指标均达到设计要求。
此项目是我国工业领域所用的第一台变压吸附制氧设备。
20世纪90年代是我国变压吸附制氧技术突飞猛进向前发展的时期，变压吸附制氧技术逐渐成熟，有些产品的综合技术经济指标已经接近国外先进水平。多年的实践表明，我国变压吸附制氧技术已经走出实验室步入实用化阶段。在近十年内，通过不断地技术更新和研究开发，我国变压吸附制氧技术日新月异，发展迅速，与世界先进水平之间的差距正在不断缩小。但从整体水平上看，我国在很多方面与国际先进水平仍有一定的差距。如在新型高性能的吸附剂的研究，吸附流程的改进，理论分析研究和数学模型的建立，质量监控与自动化控制等许多方面。
昆山锦沪机械有限公司简介：
昆山锦沪机械有限公司隶属于美国锦绣国际企业集团ELEGANT，旗下在各国拥有的六个子公司，专业致力与PSA、VPSA变压吸附制氧设备和分子筛的研发、生产及销售。我公司地处风景优美的江苏昆山市，自1995年建立以来，引进欧、美先进技术，不断开创了国内变压吸附制氧在各领域工业化应用的先河。是中国同行业中极少拥有体系认证（ISO9001：2000质量管理体系）、“高新技术企业认定证书”及“百佳高新技术成果转化项目”的企业。在核心技术领域，我们与德国拜尔长达近二十年的技术合作以及年出口超过3000吨分子筛的骄人业绩，更捍卫了我们在制氧领域不可替代的地位。
锦沪公司拥有一支自主研发能力极强的高效技术团队，在引进欧、美先进技术的前提下，结合本国工业进程落伍、技术更新差的特点，为客户提供量身订制的解决方案。我们在没有先例的情况下，突破重重困难，与1995年同时成功实现了国内第一套变压吸附制氧设备在造纸和冶炼领域的工业化应用，为国内的同行提供了宝贵的实践经验。积极有效的推动了变压吸附制氧设备在我国的发展应用！继此之后，我们更是在技术要求比较高的纸浆漂白领域一枝独揽。随着世界环境保护的钟声响起，并响应国家“节能减排”的号召。我们不但需要为气体资源领域提供有价值的技术与产品，推动工业文明的发展，我们更渴望拥有碧水蓝天。因此，锦沪公司在汲取国外先进经验的同时，加强与国内高等院校、各行业设计院人士及国内行业龙头企业的密切合作，在变压吸附制氧应用领域开辟了多条道路。我们多样化的产品涉及造纸、冶金、有色、环保、化工、医疗、水产养殖、玻璃等各个行业。目前，锦沪VPSA制氧设备在国内外市场供不应求，产品远销美国、缅甸、台湾、菲律宾、印度尼西亚等地。良好的市场定位，优质的品质保证，确立了锦沪公司在制氧行业举足轻重的地位。
锦沪将一如既往地传承爱心文化，善尽社会责任，培育科技人才，创新发展模式，挑战科技创新和产也转型的更高目标，缔造“长期、稳定、发展、科技、国际”之一流公司的长青伟业！

3. VPSA制氧站的工艺说明

VPSA制氧系统主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气平衡罐组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,被罗茨鼓风机增压至0.3-0.5barg而进入其中一只吸附器内。吸附器内装填吸附剂,其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气平衡罐。
当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态,此时通过切换阀利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反),真空度为0.65-0.75barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气,吸附剂得到再生。
VPSA的每个吸附器都交替执行以下步骤:
---吸附---解吸---冲压
上述三个基本的工艺步骤由PLC和切换阀系统来实现自动控制。
VPSA型制氧机 1、 能耗比较低。产氧量越大，能耗也降低。 2、 维护成本低，动设备为罗茨鼓风机和罗茨真空泵，因其工作原理都为容积式，无油，极易维护。 3、 整套设备的自动化程度高，动设备与制氧机是同步控制，只需按一下启动按钮，整套设备即可正常运行。 4、适合于中大型产量。

4. 家用制氧机原理与维修常识

在众多变压吸附制氧流程中，大体上可归纳为、VSA、VPSA三种。PSA即超大气压吸附常压解吸流程，优点是机组简单且对分子筛要求低，缺点是能耗太高，宜在小型设备上使用；VSA即大气压吸附真空解吸流程，优点是能耗低，缺点是设备相对复杂，总投资昂贵；VPSA即穿透大气压吸附真空解吸流程，优点是能耗较低，分子筛利用率高，设备总投资相对于VSA流程要低得多，缺点是对分子筛和阀门的要求相对较高。在锦沪公司以前的变压吸附制氧机中，VSA型占多数，主要原因是大多数国外客户倾向于低能耗流程。
ELEGANT从1997年开始采用VPSA流程，并对传统流程及工艺做较大改进，不仅使能耗降到最低(指采用同品牌分子筛的情况)，同时达到设备简化和小型化的目标，投资得到降低，具有较高的性能价格比。
就一般PSA流程，原料空气经鼓风机由塔底进入吸附塔A，空气中的氮气、水分、二氧化碳、碳氢化合物被吸附，塔顶为产品氧气。当吸附塔A的吸附剂达到一定的饱和度后，自动切换空气进入塔B，同时降低塔A的吸附压力使其再生。二塔周期切换，连续获得氧气。
本装置采用两塔制VPSA法，利用分子筛从空气中吸附氮气，分离提取氧气，制得93％的富氧。在制得93％富氧的同时，还将输出含有氮气的解吸气，通常被排入大气。
空气经过过滤器进入鼓风机，在鼓风机的输送下从吸附塔下部进入。吸附塔下部填充活性氧化铝，活性氧化铝的作用是去除空气中的水分子和二氧化碳分子，以免使沸石分子筛“中毒”。吸附塔的上部是沸石分子筛，当空气流经填满的分子筛固定床时，空气中的氮气分子在吸附作用力下扩散到分子筛固体中去，氧气分子和氩气原子则通过床层到缓冲罐中。缓冲罐与氧压机相连，将产品压缩到用户所需的压力，送到储气罐中，供生产使用。经过一段时间的吸附，分子筛颗粒中充满氮气分子，达到吸附饱和阶段，此时关闭空气进口阀，利用塔内的富氧空气对刚抽真空的另一塔进行冲洗，等压力降到某一值时关闭均压阀，同时打开真空泵进口阀对塔体抽真空，到一定真空度后再利用另一塔内的富氧气及缓冲罐中部份产品气对沸石分子筛冲洗，从而使吸附剂彻底解吸。吸附剂解吸过程完成后，用产品气对塔进行充压，充压至某一低真空度值后关闭缓冲阀，打开鼓风机出口阀对吸附塔进行充压，为下一次吸附做准备。

5. vpsa制氧为什么不用空压机、冷干机而去用鼓风机和冷却器

空压机的气体是惰性的，空压机里面含有油气，水汽，里面的酸性成分对氧气产生了危害，而鼓风机可以视作纯净的空气……

6. 制氧机的工作原理

原理是利用空气分离技术。

制氧机是制取氧气的一类机器，首先将空气回以高密度压缩再利用空答气中各成分的冷凝点的不同使之在一定的温度下进行气液分离，再进一步精馏而得。

采用分子筛的吸附性能，通过物理原理，以大排量无油压缩机为动力，把空气中的氮气与氧气进行分离，最终得到高浓度的氧气。这种类型的制氧机产氧迅速，氧浓度高，适用于各种人群氧疗与氧保健。耗电量低。

(6)vpsa制氧技术培训资料北京北大扩展阅读：

使用制氧机的注意事项：

1、为防止停电或制氧机可能出现的故障，急需用氧者及重症病人，必须配置其他备用的供氧装置，如：氧气瓶、氧气袋等。 尽管制氧机的出氧浓度可高至96%，但仅适用于氧气补充，目前不应考虑作生命支持或生命延续。

2、 可能有电击危险。遇到制氧机需要维修的情况，不应自私拆卸机器处理，应请有一定资质的维修人员进行维修。 操作制氧机前，应当仔仔细细地细阅读其产品使用说明书后，再使用。

3、氧疗期间，一旦出现头痛剧烈、指甲或指尖发青、心慌难受、昏昏欲睡或呼吸不规律等症状，请立即停止使用并尽快与医生联系。

7. vPsA变压吸咐制氧是怎么回事

VPSA制氧抄系统主要由鼓风机、真空泵、切换袭阀、吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经吸入口过滤器除掉灰尘颗粒后,被罗茨鼓风机增压至0.45barg而进入其中一只吸附器内。吸附器内装填吸附剂,其中水分、二氧化碳、及少量其它气体组分在吸附器入口处被装填于底部的活性氧化铝所吸附,随后氮气被装填于活性氧化铝上部的沸石分子筛所吸附。而氧气(包括氩气)为非吸附组分从吸附器顶部出口处作为产品气排至氧气缓冲罐。
当该吸附器吸附到一定程度,其中的吸附剂将达到饱和状态,此时通过切换阀,首先经过一均压降压过程,将吸附塔死空间内的部分氧气回收,同时将吸附塔压力降至微负压，再利用真空泵对之进行抽真空(与吸附方向相反),真空度为-0.50barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮气及少量其它气体组分被抽出并排至大气,吸附剂得到再生。
VPSA的每个吸附器都交替执行以下步骤:---吸附---解吸---冲压
-昆山锦程气体