二、制氧原理及系統(tǒng)設備概述

1．概述
    “中航”牌變壓吸附（PSA）制氧機是一種新型高科技設備,它具有設備成本低，體積小、重量輕、操作簡單、維護方便、運行費用小、現(xiàn)場制氧快捷、開關(guān)方便、無污染等優(yōu)點,。本公司生產(chǎn)的“中航”牌CAN系列PSA空分制氧設備廣泛運用于石油化工、電爐煉鋼、玻璃生產(chǎn)、造紙、制取臭氧、水產(chǎn)養(yǎng)殖、航空航天、醫(yī)療保健等行業(yè)和領(lǐng)域，設備運行穩(wěn)定，安全可靠，深受廣大用戶的青睞。
2．PSA制氧工作原理：
變壓吸附制氧機是以沸石分子篩為吸附劑，利用加壓吸附，降壓解吸的原理從空氣中吸附和釋放氮氣，從而分離出氧氣的自動化設備。沸石分子篩是一種經(jīng)過特殊的孔型處理工藝加工而成的，表面和內(nèi)部布滿微孔的球形顆粒狀吸附劑，呈白色。其孔型特性使其能夠?qū)崿F(xiàn)O2、N2的動力學分離。沸石分子篩對O2、N2的分離作用是基于這兩種氣體的動力學直徑的微小差別，N2分子在沸石分子篩的微孔中有較快的擴散速率，O2分子擴散速率較慢。壓縮空氣中的水和CO2的擴散同氮相差不大。最終從吸附塔富集出來的是氧氣分子。
    變壓吸附制氧正是利用沸石分子篩的選擇吸附特性，采用加壓吸附，減壓解吸的循環(huán)周期，使壓縮空氣交替進入吸附塔來實現(xiàn)空氣分離，從而連續(xù)產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品氧氣。

3．PSA制氧基本工藝流程：
        PSA制氧機基本工藝流程示意圖

空氣經(jīng)空壓機壓縮后，經(jīng)過除塵、除油、干燥后，進入空氣儲罐，經(jīng)過空氣進氣閥、左進氣閥進入左吸附塔，塔壓力升高，壓縮空氣中的氮分子被沸石分子篩吸附，未吸附的氧氣穿過吸附床，經(jīng)過左產(chǎn)氣閥、氧氣產(chǎn)氣閥進入氧氣儲罐，這個過程稱之為左吸，持續(xù)時間為幾十秒。左吸過程結(jié)束后，左吸附塔與右吸附塔通過均壓閥連通，使兩塔壓力達到均衡，這個過程稱之為均壓，持續(xù)時間為3~5秒。均壓結(jié)束后，壓縮空氣經(jīng)過空氣進氣閥、右進氣閥進入右吸附塔，壓縮空氣中的氮分子被沸石分子篩吸附，富集的氧氣經(jīng)過右產(chǎn)氣閥、氧氣產(chǎn)氣閥進入氧氣儲罐，這個過程稱之為右吸，持續(xù)時間為幾十秒。同時左吸附塔中沸石分子篩吸附的氧氣通過左排氣閥降壓釋放回大氣當中，此過程稱之為解吸。反之左塔吸附時右塔同時也在解吸。為使分子篩中降壓釋放出的氮氣完全排放到大氣中，氧氣通過一個常開的反吹閥吹掃正在解吸的吸附塔，把塔內(nèi)的氧氣吹出吸附塔。這個過程稱之為反吹，它與解吸是同時進行的。右吸結(jié)束后，進入均壓過程，再切換到左吸過程，一直循環(huán)進行下去。

制氧機的工作流程是由可編程控制器控制五個二位五通先導電磁閥，再由電磁閥分別控制七個氣動管道閥的開、閉來完成的。五個二位五通先導電磁閥分別控制左吸、均壓、右吸狀態(tài)。左吸、均壓、右吸的時間流程已經(jīng)存儲在可編程控制器中，在斷電狀態(tài)下，五個二位五通先導電磁閥的先導氣都接通氣動管道閥的關(guān)閉口。當流程處于左吸狀態(tài)時，控制左吸的電磁閥通電，先導氣接通左吸進氣閥、左吸產(chǎn)氣閥、右排氣閥開啟口，使得這三個閥門打開，完成左吸過程，同時右吸附塔解吸。當流程處于均壓狀態(tài)時，控制均壓的電磁閥通電，其它閥關(guān)閉；先導氣接通均壓閥開啟口，使得這閥門打開，完成均壓過程。當流程處于右吸狀態(tài)時，控制右吸的電磁閥通電，先導氣接通右吸進氣閥、右吸產(chǎn)氣閥、左排氣閥開啟口，使得這三個閥門打開，完成右吸過程，同時左吸附塔解吸。每段流程中，除應該打開的閥門外，其它閥門都應處于關(guān)閉狀態(tài)。

4．PSA制氧系統(tǒng)設備
制造普通純度氧氣（氧氣純度90%~95%），PSA空分制氧系統(tǒng)由下列設備組成（根據(jù)不同用戶要求，具體組成可能有所變化）：

 空
 壓
 機 
®
 壓縮空氣預處理設備 
®   制 氧
   主機 
® 氧氣后期凈化處理 
® 氧氣儲罐
  或
用氣點 

4．1  空氣壓縮機
因為PSA空分制氧是通過加壓吸附、常壓解吸從空氣中直接制取氧氣，所以空壓機是提供氣體壓縮的動力源。目前廣泛使用的空壓機主要有螺桿空壓機和活塞空壓機兩大類。這兩種空壓機各有其特點，都可用于制氧系統(tǒng)。一般來說，螺桿空壓機氣量損耗少，產(chǎn)氣效率高，噪音低，維修量較小，但壓縮空氣中一般都含油，價格相對較高；活塞空壓機現(xiàn)有無油潤滑和有油潤滑兩種，對于制氧系統(tǒng)來說，最好配套使用無油潤滑空壓機。

空壓機的排氣量根據(jù)制氧機的規(guī)格而定。一般為了不使空壓機一直滿負荷運轉(zhuǎn)，有一定的卸載時間，有利于空壓機長期有效使用，在選擇空壓機的排氣量時，螺桿空壓機的排氣量一般要比制氧機要求的氣量大10~15%，活塞空壓機一般要比要求的排氣量大20~25%。

空壓機的額定排氣壓力最好選擇為0.5~0.7Mpa，排氣壓力過高、過低均不好。

對于地處海拔高度≥500m的地方，選擇空壓機時要考慮大氣壓力，請咨詢空壓機供貨商或咨詢我公司。

空壓機排出的壓縮空氣中含油量必須≤10ppm w/w，最好使用無油空壓機。
PSA制氧系統(tǒng)中設備主要電力消耗就是空壓機的功率消耗。

4．2  壓縮空氣預處理設備
因為制氧主機中沸石分子篩對壓縮空氣的品質(zhì)要求很高，而壓縮空氣中氣體溫度高，又含有大量的水分和一定的粉塵、油霧，所以在壓縮空氣進入制氧主機前必須進行除水、除油、除塵等處理，此部分設備主要就是為了此目的。

對壓縮空氣的凈化處理至關(guān)重要，這一點請用戶千萬不要忽視！因為壓縮空氣凈化處理的好壞直接關(guān)系到沸石分子篩的使用壽命，從而直接關(guān)系制氧機的長期有效使用。一旦沸石分子篩油“中毒”，制氧機將效率下降，指標無法達到正常。

對壓縮空氣除水主要采用吸附式干燥器。吸附式的無熱再生干燥機是采用一種可再生的干燥劑作為吸附劑，利用壓力變化、氣體膨脹等原理，采用變壓吸附分離水分的分離工藝，將壓縮空氣中的水分除去。

如果要求氧氣露點不是太低（≤—40℃常壓），則不需要吸附式干燥器；如果要求氧氣露點較低（≤—60℃常壓），則需配置吸附式干燥器。吸附式干燥器有無熱再生和微熱再生兩種類型，都對氣量有一定損耗，一般采用無熱再生干燥裝置。

對壓縮空氣除油、除塵主要采用不同類型、不同過濾精度的多級過濾器。過濾器是通過由很多微孔的纖維材料制成的濾芯或活性炭除去介質(zhì)中的污染物（水、油、微粒、異味），所有過濾器都有除水、除油、除塵的作用，只不過不同類別的過濾器主要功能不同。主路過濾器主要起除塵和除液態(tài)水作用；初過濾器主要起一級除油作用；精過濾器主要是進一步除油，使介質(zhì)含油量很少；活性炭除油過濾器主要是起深度除油和吸附碳氫化合物、除異味的作用。過濾器的配置主要根據(jù)空壓機排出的壓縮空氣品質(zhì)而定。配置太少，壓縮空氣得不到充分的凈化處理，無法達到制氧機對壓縮空氣的品質(zhì)要求，這是不允許的；配置太多，固然對壓縮空氣處理效果好，但會造成管路中氣體壓力損耗較多，同時也造成成本過高，沒有必要。一般來說，對無油空壓機，需配置一至兩級過濾器，主要是除塵、除水；對含油空壓機，則需配置三至四級過濾器。