第一篇：变压吸附工艺分析
变压吸附工艺分析
变压吸附（PSA）技术是近3多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。变压吸附气体分离工艺过程的实现主要是依靠吸附剂在吸附过程中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，而是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个特性，实现了对混合气体中某些组分的分离、提纯；利用吸附剂的第二个性质，实现吸附剂在低温高压下吸附、在高温低压下解吸再生。
一．基本原理
任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。
如果压力不变，在常温或低温的情况下吸附，用高温解吸的方法，称为变温吸附（简称TSA）。显然，变温吸附是通过改变温度来进行吸附和解吸的。变温吸附操作是在低温（常温）吸附等温线和高温吸附等温线之间的垂线进行，由于吸附剂的比热容较大，热导率（导热系数）较小，升温和降温都需要较长的时间，操作上比较麻烦，因此变温吸附主要用于含吸附质较少的气体净化方面。
如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。变压吸附操作由于吸附剂的热导率较小，吸附热和解吸热所引起的吸附剂床层温度变化不大，故可将其看成等温过程，它的工况近似地沿着常温吸附等温线进行，在较高压力下吸附，在较低压力下解吸。变压吸附既然沿着吸附等温线进行，从静态吸附平衡来看，吸附等温线的斜率对它的是影响很大的。
吸附常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，它通常是由加压吸附、减压再组成的吸附一解吸系统。在等温的情况下，利用加压吸附和减压解吸组合成吸附操作循环过程。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压（降至常压或抽真空）过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生。因此，变压吸附既称等温吸附，又称无热再生吸附。
在实际生产中根据原料气的组成、压力机产品净化要求的不同可选择PSA、TSA或PSA+TSA工艺。变压吸附根据降压解吸方式的不同分为两种工艺：PSA与真空变压吸附（VPSA）。在实际生产种，究竟采用何种吸附工艺，主要根据原料气的组成性质、压力、流量、产品的要求等决定。
变压吸附(Pressure Swing Adsorption)分离技术是一种低能耗的气体分离技术。变压吸附（PSA）工艺所要求的压力一般在0.1～2.5MPa，允许压力变化范围较宽，一些有压力的气源，如氨厂弛放气、变换气等，本身的压力可满足变压吸附(PSA)工艺的要求，可省去再次加压的能耗。对于处理这类气源，PSA制氢装置的消耗仅是照明、仪表用电及仪表空气的消耗，能耗很低；PSA装置压力损失很小，一般不超过0.05MPa。
变压吸附循环是吸附和再生的循环，吸附过程是吸附剂在加压时吸附混合气中的某些组份，未被吸附组份通过吸附器层流出，当吸附剂被强吸附组分饱和以后，吸附塔需要进入再生过程，也就是解吸或脱附过程。在变压吸附过程中吸附器内吸附剂解吸是依靠降低杂质分压实现的，在工业装置上可以采用的方法有： 1)降低吸附器压力(泄压)2)对吸附器抽真空 3)用产品组分冲洗
l 常压解吸：
升压过程(A-B): 经逆放解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P1、床内杂质吸留量为Q1(A点).在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变(B点).吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分.吸附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止.此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点)。
顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗.在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变.当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。
逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。
冲洗过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低.在此利用别的吸附器顺向降压过程排出的产品组分，在过程最低压力P1下进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附器.经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生终止.至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进行下一个循环。l 真空解吸：
升压过程(A-B): 经真空解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P0、床内杂质吸留量为Q1(A点).在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变(B点)。
吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分.吸附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止.此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点)。
顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗.在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变.当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。
逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。
抽空过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低.在此利用真空泵抽吸的方法降低杂质分压使杂质解吸并随抽空气带出吸附器.抽吸一定时间后，床内压力为P0，杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生终止。至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进行下一个循环。二．变压吸附脱炭
变压吸附基本工作原理是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附床，循环地变动所组合的各吸附床压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的。
合成氨变换气中主要组分为：水（汽）、有机硫、无机硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮、氩及氢气。这些气体组分在物理吸附剂上的吸附能力和吸附量，在一定的温度和压力下依次减弱和减少。当变换气通过吸附床层时，在前的组分优先被吸附，即使吸附剂已经吸附了在后的组分，在前的组分也会把它顶替出来。难吸附组分氢、氮、甲烷、一氧化碳等气体很少被吸附，从吸附塔出口端排出，做为脱除了二氧化碳的气体输出。在吸附床降压时，被吸附的二氧化碳等气体解吸出来，同时吸附剂获得再生。l 装置主要类型：
由于用途不同，变压吸附脱碳装置可分为三种类型：单纯脱除二氧化碳获得净化气的装置；脱除变换气中的二氧化碳并联产食品级液体二氧化碳的装置；同时制取脱碳净化气和纯度为98%的气体二氧化碳的装置。（1）PSA脱碳装置
目前中小型合成氨厂采用最多的仍是单纯脱除CO2获得净化气的PSA装置，以替代传统的湿法脱碳。根据氨厂的不同需要又分为两种工艺，一种是替代碳化以增产液氨为目的的脱碳工艺。变换气经PSA脱碳后净化气中CO2含量小于0.2%，直接进精炼工序。目前此类装置运行情况，氢回收率﹥97%，净化气中氢氮比在3.0左右，并且在脱除CO2的同时，还将大部分杂质如CH4、CO、H2S脱除，减小了后续工段的负担。另一种是用于与联醇装置配套的工艺。由于净化气用于联醇生产，考虑到甲醇合成催化剂的寿命和尽可能提高CO的回收率问题，一般将脱碳净化气中的CO2含量控制在1%~5%的水平。目前此类装置运行情况，氢回收率﹥98%，CO回收率﹥90%。在脱除CO2的同时，还将变换气中的硫化物脱除到0.1mg/m3（标）的水平，原料气中所含微量氯、氨、水、砷等杂质可同时脱除。（2）脱碳并联产液体CO2装置
将来自PSA脱碳装置的解吸气在常压状态下进入压缩机，加压到一定的压力后首先进行预处理，除去解吸气中所含的各类硫化物、微量的砷、氟、氯等以及饱和水，以满足食品级CO2的要求。预处理后的气体冷却到0℃以下，使解吸气的CO2成为液体，然后进入提纯塔使CO2和其他气体分离，最后在提纯塔底部得到纯度为99.5%~99.999%的食品级液体CO2产品。
（3）脱碳并同时制取纯CO2装置，该装置是由提纯系统和净化系统两部分组成，两系统均采用多塔PSA工艺。变换气通过提纯系统将CO2浓度富集到98.5%以上，供尿素装置使用。出提纯系统的中间气进入净化系统，净化系统将中间气中的CO2进一步净化到0.2%以下，以保证合成氨生产需要。
两段法变压吸附脱碳的主要特点是，第一段脱除大部分二氧化碳，出口气中二氧化碳控制在8-12%，吸附结束后，通过多次均压步骤回收吸附塔中的氢氮气。多次均压结束后，吸附塔内还有0.06MPA（表）的压力，然后逆着吸附方向降压放空，直到吸附塔内压力放到常压为止，二氧化碳被排放出来，其浓度大于98%吸附剂得到初步再生。吸附得到初步再生。吸附塔逆放结束后，先与中间气缓冲罐连通，用中间气缓冲罐中的氢氮气对吸附塔升压，直到中间气缓冲破罐与吸附塔的压力平衡为止再用均压和产品气对床层逆向升压至接近吸附压力，吸附床便开始进入下一个吸附循环过程。经过对第一段脱碳工业装置的分析，多次均压结束后，吸附塔还有0.06Mpa（表）的压力，吸附塔解吸气中的二氧化碳含量平均大于98%其它为氢气，氮气，一氧化碳及甲院：第二段将第一段吸附塔出口气中的二氧化碳脱至0.2%以下，吸附结束后通过多次均压步骤回收吸附塔中的氢氮气。多次均压结束后，吸附塔内还有0.09MPA（表）的压力）吸附压力为0.8MPA时），通过降压入入中间缓冲罐，直到吸附塔内压力与中间缓冲罐压力平衡为止，此时，吸附塔内压力在0.005-常压MPA之间。再生结束后，用均匀气和产品气对床野逆向升压至接近吸附压力，吸附床便开始进入下一个吸附循环过程。第二段吸附塔均压结束后，吸附塔内的有效气体没有直接放空，而是利用中间缓冲罐将其返回到第一段吸附塔加以回收。
三、变压吸附制氧
变压吸附制氧的基本原理是利用空气中的氮和氧在吸附剂上因压力不同而吸附性能的差异来选择性吸附进行氧氮分离，吸附氮气及其它杂质，产出氧气。根据吸附分离的吸附和解吸压力的不同，通常可将常温变压吸附制分离制氧工艺分成三种不同的工艺方式。
1、常压解吸变压吸附制氧（PSA-O2）：
与空气变压吸附分离制氮流程相似，一定压力（0.3 MPa ～0.55MPa）的压缩空气经空气预处理系统除去油、尘及大部分的汽态水份后，洁净空气进入PSA-O2系统吸附塔，洁净空气中大部分的氮气、二氧化碳、残余水份被吸附，氧气则被分离出来。当吸附塔内被吸附的杂质组份达到设定控制值时，通过常压脱附解吸，使该吸附塔的制氧吸附剂再生。由两塔组成的吸附分离系统在DCS系统的控制下通过程控阀门的起闭而循环切换完成连续制氧，该制氧流程通常称为变压吸附常压解吸制氧流程（PSA-O2）。
2、真空解吸变压吸附制氧（VPSA-O2）：
经鼓风机鼓风输送低压的原料空气（25KPa-39KPa），净化除去粉尘后进入吸附塔，吸附塔为两塔或三塔体系，吸附塔产品气为氧气。空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附达到设定控制值后，由于吸附压力较低，先通过常压解吸，再经过真空泵抽真空达到一定真空度，使吸附塔内吸附剂杂质彻底脱附再生。由两塔或三塔组成的吸附分离制氧系统在PLC或DCS系统的控制下，程控阀循环切换完成连续产氧，该流程通常称真空解吸变压吸附制氧流程（VPSA-O2）。
3、真空解吸制氧（VSA-O2）：
经鼓风机鼓风输送低压的原料空气（15KPa ～19KPa），净化除去粉尘后进入吸附塔，吸附塔为两塔或三塔体系，吸附塔产品气为氧气。空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附达到设定控制值后，由于吸附压力较低，先经常压解吸，再经真空泵抽真空达到一定真空度进行真空解吸，彻底脱附再生吸附塔内分子筛杂质。由两塔或三塔组成的吸附分离制氧系统PLC或DCS系统的控制下，程控阀循环切换完成连续产氧，该流程通常称真空解吸制氧流程（VSA-O2），设备规模更大，经济性更强。
第二篇：变压吸附工艺流程
变压吸附工艺流程
物料在精馏低塔系统处理完毕后，剩余的不凝气体经过预热器预热进入吸附塔，乙炔和氯乙烯被吸附下来，无法被吸附剂吸附下来的其他气体通过尾排阀门排放到大气中。
吸附饱和的吸附塔经过压力均降，逆放，抽空一，抽空二，抽冲，抽空三，压力均升，终充8个步骤进行处理，塔内吸附的乙炔和氯乙烯完全解吸出来，通过压力差和真空泵送入转化。
下面将变压吸附的9个步骤进行分步介绍：
1、吸附
不凝气体在尾排前进入预热器，原料气在预热器内加热到40℃后，通过KV1阀送到吸附塔内。六塔流程为两个塔同时进行吸附，其他四个塔进行处理。原料气内氯乙烯和乙炔在吸附塔内被吸附下来，剩余未被吸附的气体，经过KV2阀到达尾排，通过压力调节阀门排放至空气中。
此过程需要的时间为804S，压力比精馏系统的压力低0.02MPa，在0.47～0.49 MPa。总时间的设定是根据原料气流量、净化气内的氯乙烯和乙炔含量决定的。
如精馏系统出现波动，变压吸附的压力也同时跟着波动。所以，我们在操作时，要保证精馏压力及原料气的流量稳定。当精馏停车时，系统通过KV10，KV11或KV15,KV16阀切换至直排；精馏压力低到设定值（0.45 MPa）时，系统自动进行切换。
2、压力均降 吸附结束后，饱和的吸附塔在设定好的T2步骤进行压力降，通过KV5和KV9阀，将吸附塔内的压力泄入中间罐内。均降步骤在16S就可完成，剩余的时间留给抽空三，使得抽空三步压力尽可能的抽至-0.09MPa吸附塔的解吸更彻底。
吸附塔压力由0.48MPa降至0.22MPa。
3、逆放
均压结束后，吸附塔的逆放为T4和T6步骤，共计130S。此时，吸附塔的压力通过KV17阀进入转化二级混脱，为防止转化压力波动，控制HV102阀门的开度调节，使气体的压力缓慢释放。
压力由0.22MPa降至0.04～0.05MPa。HV102的斜率系数为1.00，阀门的最小开度为25%，最大开度为100%。
4、抽空一
逆放结束后为吸附塔的T8抽空一，打开KV18或KV19阀控制HV102阀门的开度，真空泵
设定的时间为132S，达到要求的真空度-0.05 MPa。
5、抽空二
6、抽冲
7、抽空三
8、压力均升
9、终充
第三篇：合成氨变压吸附工艺优化(原文)
LUOYANG NORMAL UNIVERSITY
XXXX届本科毕业论文(设计)
合成氨变压吸附工艺优化
院（系）名称
化学化工学院（全名）
专业名称 学生姓名 学号 指导教师 完成时间
XXX 职称 XXXX年XX月
合成氨变压吸附工艺优化
摘要：由于变压吸附技术在化工领域生产中的众多优势，使用变压吸附技术在合成氨的大量生产中渐渐得到了广泛的应用，本篇论文在分析了变压吸附技术的基本原理和目前常用的变压吸附脱碳技术的基础上，从工艺角度对变压吸附工艺进行了优化设计，对于变压吸附技术的进一步推广和优化应用有一定的借鉴意义。
关键词：合成氨；变压吸附；优化
Optimization of Synthetic Ammonia PSA Process Abstract：Because of the many advantages of PSA technology in chemical industry production, implementation of decarburization in ammonia production has gradually been widely used pressure swing adsorption technology, based on the analysis of the basic principle of pressure swing adsorption technology and commonly used PSA technology, optimize the design of pressure swing adsorption process from the process point of view, have certain reference significance for the further promotion and application of optimization of pressure swing adsorption technology.Key words: ammonia synthesis;PSA;optimization
目录 前言.............................................................1 2 合成氨变压吸附概要...............................................2 2.1 合成氨变压吸附技术原理......................................2 2.2 合成氨变压吸附工艺的优势....................................4 2.3 合成氨变压吸附的前景.......................................4 3 合成氨变压吸附工艺的优化.........................................5 3.1 产品纯度的调整.............................................5 3.2 装置参数的调节.............................................6 3.2.1 调整吸附时间..........................................6 3.2.2 产品气升压控制........................................6 3.2.3 粗脱碳系统与净化系统吸附时间的协调控制.................7 3.3 装置工艺的优化.............................................8 结语................................................................9 参考文献...........................................................10 致谢...............................................................12 前言
合成氨工业是氮肥工业的基础，在国民经济中占有重要的地位。由于氨的生产过程有很大的能源消耗，因此节能技术和新型制氨工艺的研究和开发一直是世界上极为关注的重点课题，毫无疑问，在节能技术的推动下，合成氨工业在不断向前发展。
合成氨工艺的原料气仅氢气和氮气。合成氨是以氢气和氮气在3：1的条件下，在高温高压条件下，通过催化剂反应生成氨的化学过程，其反应过程是一个体积缩小的过程。氮气来源于空气，取之不尽、用之不竭，只需要提纯净化即可，而氢气则是最主要的研究对象。制氢技术、氢资源的净化和供应所需采用的工艺方法，这些都是合成氨工业需要逐步解决并及时改进的重大课题。氢气与氮气相反，无法直接从自然界中获得。氢元素主要存在于大量的碳氢化合物和水中，只有通过不同的化学方法把碳氢化合物或水中的氢元素释放出来，生成含氢气的混合气体，然后再通过其它生产手段从含氢混合气体中提纯出氢气，进而为合成氨提供氢原料气，而成熟可靠的变压吸附技术就可以实现从混合气体中提纯得到氢气。[1]
通过变压吸附技术制得的氢气纯度能够超过99.99%，一氧化碳与二氧化碳的总体积不超过1×10-5，空气中提取的高纯度氮气与高纯度氢气配气后就可以进行氨合成环节，整个合成过程中，几乎没有惰性气体的存在，因此能够大大节约用于惰性气体循环的压缩功。利用变压吸附技术进行氨的合成可以最大限度的降低驰放气，进而大大节约压缩功能量。[2]
此外，在合成氨的变换气中约含有18%至30%的二氧化碳，这部分二氧化碳在到达氨合成反应工序以前，必须要全部清除掉。采用哪种工艺路线来实现变换气脱碳会直接影响到氨的产量，由此可见脱碳在整个工艺中占有重要地位。而目前常用的脱碳技术为变压吸附脱碳。[3]
变压吸附脱碳要实现连续分离的效果必须要有两个或多个吸附塔，让其更替操作，并且一定要有一个吸附塔处于吸附阶段，而别的吸附塔处于解吸再生的各个阶段。每一[1][2][3] 李俊成，肖隆斌.变压吸附提纯二氧化碳技术应用[J].大氮肥，2007，01：19-21.王波.几种脱碳方法的分析比较[J].化肥设计，2007，02：34-37.毛薛刚，张玉迅，周洪富，管建平.变压吸附技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2007，05：39-43.次循环，吸附塔都会一一经过吸附、压力均衡降、逆向放压、抽空、多次压力均衡升、最后升压等步骤。[4]在变压吸附时，由于吸附压力的作用，气体会经过含有吸附剂的吸附床层，因为吸附剂可以强力吸附二氧化碳、水以及硫化物，对于别的成分的吸附力则较弱，因而二氧化碳等气体可以被截留在床层中，而别的气体则被排出。但是由于吸附剂自身的特性和吸附塔死体积的作用，在完成吸附后还是会有少部分氢气、氮气以及一氧化碳等气体没有被排干净，所以还得进行多次均匀才能将其彻底排净。[5]对于截留在吸附剂上的二氧化碳，我们可以采用逆向放压和抽真空的方法将其解离下来，进而实现吸附剂的循环使用。在完成抽真空之后，将少量吸附出口净化气以及均压过程的降压气用于吸附塔的升压，直到达到吸附压力后方可进行重复的吸附分离步骤[6] 合成氨变压吸附概要
变压吸附技术，也简称变压吸附，是当前的一项高新技术，用于对气体混合物进行分离提纯，其主要原理在于吸附剂的选择性以及吸附容量对压力的关系，通过多个吸附塔达到间歇过程连续化的目的。
变压吸附属于物理吸附，依靠的是吸附剂与被分离物质间的分子作用力而进行选择性吸附，其主要特点为：吸附过程中不会发生化学反应，并且具有可逆性。变压吸附能够对混合气体进行分离提纯的原因在于：第一、吸附剂对不同物质的吸附力有所不同；第二、吸附容量与压力呈正相关，与温度呈负相关。利用吸附剂的第一个特性，可以实现对不同吸附力强度的组分的分离；而第二个性质可以用于对吸附剂的再生，实现循环使用，不间断吸附分离的目的。2.1 合成氨变压吸附技术原理
合成氨的变换气中的主要成分为H2、N2、CH4、CO、CO2等，同时还有少量杂质，如H2O、硫化物等。吸附剂对于这些组分的吸附能力大小依次是H2O、硫化物>CO2>CH4>CO>N2>H2。在变压吸附过程中，为了让CO2达到较好的吸附效果，要[4] 殷文华，罗英奇，吴巍，伍毅，曾凡华，李克兵，郜豫川.变压吸附技术在合成氨行业的应用和发展[J].低温与特气，2015，01：45-49.[5][6]尤彪.型煤+变压吸附制氧+富氧连续气化组合及其前景[J].中氮肥，2008，02：5-9.黄立新.变压吸附技术在合成氨中的工艺研究及其优化设计[J].江西化工,2008,03:188-191.选择高选择性的专用吸附剂。在变换气经过吸附剂时，二氧化碳、水、硫化物及部分CH4由于具有较强的吸附作用而被拦截，别的组分由于吸附力较弱则能够顺利通过，由此实现分离的效果；随后再利用吸附剂的吸附能力随压力变化的特点，选择合适的压力对气体再进行分离，也可以实现吸附剂的循环使用，通常情况下利用逆向防压与抽真空的方法便可实现吸附剂的再生，且都在室温下进行。[7]
为了实现连续分离的效果，变压吸附脱碳必须要具备两个及其以上的吸附塔交替运行，要保证始终有一个吸附塔在选择吸附阶段，而其余的塔则处在解吸再生的各个阶段。每一次循环，各个吸附塔都会经过吸附、多次压力均衡降、逆向放压、抽真空等步骤。[8]在变压吸附时，由于存在吸附压力，原料气在经过带有吸附剂的吸附床层时，因为吸附剂可以强烈吸附CO2、H2O、硫化物，对于别的成分的吸附力则较弱，因而二氧化碳等气体可以被截留在床层中，而别的气体则作为脱碳净化气被排出。[9]但是由于吸附剂自身的特性和吸附塔死体积的作用，在完成吸附后还是会有少部分H2、N2、CO等气体没有被排干净，所以还得进行多次均匀才能将其彻底排净。随后，我们可以利用逆向放压与抽真空的技术将吸附剂上的CO2解吸附，让吸附剂再生。抽真空以后，可以通过均压中的降压气以及净化气来逐渐升压，直到吸附塔的压力达到吸附压力后，便可进行重复进行下一次分离。
变压吸附中较为常见的吸附剂主要有氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛等。氧化铝为固体，有较强的亲水性，通常用来对气体进行脱水处理。硅胶类吸附剂为合成的无定形的二氧化硅，是Na2SiO3·9H2O与无机酸通过胶凝、洗涤、干燥等步骤制作而成的，其不但具有较强的亲水性，并且对于烷烃以及二氧化碳等成分也具有良好的吸附力。活性炭作为一类广谱耐水的吸附剂，因其表面具有氧化物基团和无机物杂质，因而活性炭极性很小，再加之其较大的内表面积，因此对于弱极性以及非极性分子都具有很好的吸附力。沸石分子筛吸附剂是一种强极性的吸附剂，其含有碱土元素的结晶态偏硅铝酸盐，孔径均匀，选择性很强。如果气源的构成复杂，那么通常会将多种吸附剂联合使用，按[7][8][9] 汤霞槐.变压吸附提氢技术在合成氨弛放气氢回收装置的应用[J].化肥设计，2009，02：37-39+42.汪寿建.变压吸附在合成氨原料气净化中的应用[J].化工设计通讯，2011，02：34-38.洪鉴.80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造[J].小氮肥，2011，08：9-13.照其性质差别对吸附床进行分层填装，进而实现高效分离的效果。[10] 2.2 合成氨变压吸附工艺的优势
1.耗能少。变压吸附工艺能够运行的压力范围很大，因此对压力没有过高的要求和限制。如果气源自身有压力，那么就可以节省再次加压的消耗，并且变压吸附不需要特殊的温度，因此不用加热或者冷却。
2.工艺步骤简单。不需要繁琐的步骤便可以将多种气体分离开来，并且对水、硫化物以及烃类等杂质耐受力较强，不需要经过繁琐的前期处理。
3.装备可灵活调节，操作弹性大。只要稍微调整设备就能够使生产负荷发生变化，并且负荷条件不同时也可以保证产品质量相同，仅回收率可能会发生变化。对于杂质含量与压力等条件，变压吸附装置没有很多的限制，可调节性很大。
4.吸附剂耐用，如果按照正常流程操作，一般情况下，吸附剂的寿命可高达十几年。5.绿色环保。如果不考虑原料气性质的话，那么变压吸附设备的操作是没有污染的，对环境十分友好。
6.操作步骤简单便捷，可节约气体压缩功的附加耗能。2.3 合成氨变压吸附的前景
上个世纪时，吸附分离是化工操作的一部分，被用作辅助工艺，仅仅应用于工业气体的干燥脱水以及除去极少量的二氧化碳。但是随着工艺技术的发展，变压吸附技术得到了很大的改善，现已变成一种快捷高效的气体分离方法，被应用在众多领域上，是深冷法之后的又一突破分离工艺。在上个世纪80年代，变压吸附制氢被成功应用于工业当中，因为其耗能少、操作简单、制得的产品纯度高等优点，自那以后在我国迅速推广开来，迄今为止，我国已有的以及正在建设的变压吸附设备累计超过一千套。
在应用领域上，随着变压吸附技术的日渐成熟，目前已得到了较大的肯定，就当前情况而言，变压吸附技术主要在以下领域有所应用：（1）从富含氢气的气体中将氢气提纯分离出来；（2）从含有CO2的气体中分离纯化并得到食品级的CO2；（3）从富含CO的气体中收集CO；（4）在合成氨的过程中进行脱碳；（5）纯化天然气；（6）从空气中制取氧气以及氮气；（7）从瓦斯气中提取甲烷；（8）对乙烯进行纯化与提取；（9）对多 姜宏，谯中惠，郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2005，06：28-31.[10]
种气体进行干燥脱水（10）对工业上的废气进行处理等。由此可见，变压吸附技术已被广泛应用到各行各业中。合成氨变压吸附工艺的优化
3.1 产品纯度的调整
利于提高产品氢纯度。吸附循环周期和原料气处理量不变，均压次数过多，均压过程的压力降则越大，被吸附的杂质也会越容易穿透进入下一吸附塔，并留在吸附剂床层顶部被吸附，导致该塔在转入下一次吸附时杂质较容易被氢气带出，降低产品氢纯度。此外，变压吸附变压吸附工艺具有产品纯度范围宽、且易于调整的特点。在工艺参数及气体工艺条件都不变的条件下，纯度受原料气流量变化的影响很大，原料气流量越小，在每一循环周期内进入吸附塔的杂质越少，杂质也就越难以穿透，进而产品氢纯度越高；反之，原料气流量增多，则不设备随着使用时间的增加，如果对程控阀维护不当，造成程控阀动作变慢，同样会严重影响氢气的回收率和纯度。产品气从吸附塔出来后可直接进入产品气缓冲罐，取消减压阀和压力调节阀。原设计的产品气管线上引出了1条压力平衡管线，旨在为6次均升后的吸附塔补充压力，但在产品气缓冲罐前设置减压阀和压力调节阀，势必造成运行中的吸附塔的压力波动，反而不利于吸附塔的平稳运行。因此取消该减压阀和压力调节阀，将产品气缓冲罐的操作压力提高到与系统操作压力一致，这样产品气缓冲罐直接调节均压后管道和设备的压力波动，会有益于吸附塔的稳定生产。[11]
由于产品纯度与产品回收率是成反比关系的，即：在原料气条件不变和解吸压力一定的情况下，产品纯度越高，氢气回收率越低。[12]因而，要保证装置运行于最佳状态，就必须将产品纯度控制在既能满足生产需要，又尽可能低的范围内。修改吸附时间和修改“操作系数”，延长吸附时间、增大“操作系数”，则可以提高产品回收率；缩短吸附时间、减小“操作系数”，则可以提高产品纯度。
Sorption of Carbon Dioxide from Wet Gases by K2CO3-in-Porous Matrix: Influence of the Matrix Nature[J].A.G.[11]Okunev,V.E.Sharonov,Yu.I.Aristov,V.N.Parmon.Reaction Kinetics and Catalysis Letters.2000(2)[12] R and D Note: Separation of a Nitrogen-Carbon Dioxide Mixture by Rapid Pressure Swing Adsorption[J].Zhixiong Zhang,Jianyu Guan,Zhenhua Ye.Adsorption.1998(2)
3.2 装置参数的调节 3.2.1调整吸附时间
依据原料气量的变化和产品纯度的变化自动地计算出最佳吸附循环时间，优化装置的运行状况，使装置在保证产品质量的前提下，还可以自动地获得最高的产品回收率、获得最佳的经济运行效益。
因吸附剂吸附能力一定，按照一般情况来说，循环时间×气量=定值，当系统气量增大时，必须通过减少循环时间来控制出口指标，反之亦然。
气体混合物的流量、组成和循环时间三者之间密切联系。要求获得一定纯度的CO产品气，当气体混合物的流量增大时，需要缩短循环时间；当气体混合物的流量减小时，则需相应增加循环时间。在生产过程中，调节CO纯度、循环时间和气体混合物流量时，必须满足下列条件：[13]
实际吸附时间≦同时处于吸附状态塔数实际吸附压力额定压力4.5
当装置的处理量改变之后（或原料气组成改变后），将有可能影响产品的纯度，这时可调“操作系数”以调整吸附时间，使产品纯度重新运行于最佳范围。由于调整吸附时间后，产品纯度不会马上有所变化，而是有一个滞后期，故在工况变化时，必须提前逐步做好相应调节。
补充氮气可通过增加造气工段吹风气的回收时间来实现。由于变压吸附脱碳工序装置的氮气损失相对来说要大些，因而工厂可以通过延长造气工段吹风气的回收时间来回收一些氮气弥补损失，使净化气中氢氮比产量达标。与总气量相比，所增加的气体量并不多，以2万t/a合成氨能力的厂为例，生产的半水煤气大约13000m3/h（标态），增加的氮气不到总气量的1%，设备负荷就可以承受。补充氮气的既定原则是：a.氢氮比符合要求；b.加氮气量按PSA装置来说，每处理4800m3/h（标态），变换气增加90m3/h（标态）左右；c.在吹风气补充氮气的过程中，要选择好吹风气回收的时间，最好少带入CO2，应根据各厂的生产操作条件来选择好吹风气回收的时间[14]。3.2.2 产品气升压控制
[13][14]郑黎,周丽莉.变压吸附气体分离技术应用及展望[J].河南化工,2010,(16):4-6.汤士勇.变压吸附脱碳对甲烷、硫化氢等有害气体脱除的探讨[J].小氮肥设计技术,2005,06:33-35.产品气升压调节阀随PID调节来实现对产品气升压的速度的控制，升压调节阀的设定值可由计算机自动计算产生，无需操作工进行手动修改，需要调节的只是升压调节阀的最小、最大开度和PID参数。设置开度大不和PID参数时应使最终升压力在切换时基本上达到符合要求的吸附压力，与吸附压力之差不得高于0.05MPa。[15]
需保持高压机的压力平衡。变压吸附脱碳装置起着1个“碳化工段”的脱碳作用，变换气通常是由高压机三段出口送来，经过脱碳后的净化气返回高压机的四段入口。[16]众所周知，目前合成氨工业用高压机是按一、二、三段压缩变换气和四段之后压缩净化气来设计的，四段之后的压力分配和气缸设计，通常是按变换气中仅脱掉CO2而没有考虑其它气体损失的情况来制定。当变压吸附脱碳装置开始运行以后，在把CO2脱掉的同时，CH4、CO、H2S等有害杂质也会被大部分脱掉，另外也会损耗一部分H2、N2[17]。后两种因素的结果会引起高压机的四段入口压力偏低，如果在压缩机一段入口通过罗茨鼓风机加压来减小高压段的影响，也较容易引起一、二、三段超压。针对不改变高压机而又有气体损失的气缸，能让高压机满负荷压力平衡运行的办法之一是增加1台小型煤气压缩机补偿气体损失，三段出口压力与排气压力接近即可，这样的配置相当于增加了一、二、三段的打气能力，在变压吸附脱碳装置上再损耗一些气体，正好可以满足四段入口的压力要求，由此就可以解决高压机各段压力不平衡的问题，使高压机能满负荷运行，从而保证了高压机各段之间气体损失的减小，同时高压机各段气体之间的压力平衡也有利于气体回收工艺和脱碳工艺的彻底进行。[18] 3.2.3 粗脱碳系统与净化系统吸附时间的协调控制
净化系统逆放气的氢气含量约为23%左右，供给粗脱碳系统初步升压回收利用。如果净化系统与粗脱碳系统吸附时间控制不协调，致使粗脱碳系统无法完全有效地回收净化系统逆放气，净化系统逆放气因压力高被迫放空以维持净化系统彻底再生，这样将大大降低氢气回收率。一般来说，适宜适当加长净化系统吸附时间，以此减少净化系统逆 李博，韩大明，薛东旭.膜分离与变压吸附技术在甲醇和合成氨生产中的应用[J].广州化工，2012，23：132-133.唐莉，王宇飞，李忠.变压吸附脱除并回收合成氨变换气中CO2[J].中氮肥，2000，05：23-24+26.王春燕,杨莉娜,王念榕,丁建宇,王天明,黄秀杰.变压吸附技术在天然气脱除CO2上的应用探讨[J].石油规划设[15][16][17]计,2013,01:52-55.[18]马迎丽，张凡军.变压吸附脱碳在合成氨生产中应用的讨论[J].氮肥技术，2010，01：31+45.放气的解吸量，可适当缩短粗脱碳系统的吸附时间，增加其循环次数，以利用更多的净化系统逆放气量。3.3 装置工艺的优化
近几年，我国为数众多的以生产碳铵为主的中小型合成氨厂由于生产工艺落后、产品成本高、能耗高等原因，已濒临停产，根据市场需要来改单一产品为多元产品、降低产品生产成本、降低能耗已经迫在眉睫。变换气脱碳工段是合成氨生产中能耗高的工段之一，因此要降低合成氨能耗，选择低能耗的变换气脱碳工艺至关重要。[19]合成氨原料气净化的一个重要工序是变换气脱碳，我国许多中小氮肥企业目前采用的均为碳化工艺，即将合成的氨几乎全部返回碳化工序用于脱除变换气中的CO2，同时得到大量碳酸氢铵。[20]
由于碳铵价格受季节、进口化肥等因素的影响会有很大波动，而碳铵生产成本较高，因此以碳氨为主要产品的这些企业大多数都处于举步维艰的状态，由此我们也了解到由碳铵改产尿素是一条新的出路。在已成功开发的变换气脱碳工艺技术和变压吸附提纯CO2技术的基础上，经过研究最终开发出了从合成氨变换气中同时制取双高产品的新工艺，即采用变压吸附装置，用变换气直接制取能用于合成尿素的纯CO2气体和能用于生产合成氨的氢氮气两种产品。该工艺的成功开发，使变压吸附技术成为合成氨厂碳铵改产尿素的经济、有效的方法。该装置所生产多余的纯CO2气体还可直接精制，从而得到工业液体CO2和食品级CO2外售，进一步提高经济效益。[21]
装置的技术指标如下：（1）原料气：合成氨变换气
适用压力：0.7—2.5MPa适用温度：≤400C H2S含量要求：≤500mg/m3 H20：饱和（2）产品一：氢氮混合气
氢气回收率：≥96% 氢氮比：2.8--3.3 氢氮气中CO2含量：≤0.3% [19][20][21] 黄家鹄,王斌,雍思吴,穆春雷.热钾碱法与变压吸附法脱碳工艺比较[J].氮肥技术,2015,(05):10-12+20.于干.化学吸收法/变压吸附法脱除沼气中CO_2的实验研究[D].浙江工业大学,2013.何景连.合成氨分离方法的比较及其吸附分离的初步研究[D].四川大学,2005.输出压力：低于原料气压力0.05MPa（3）产品二：纯二氧化碳气
CO2：含量：≥98 %
CO2：提取率：≥75 % 输出压力：常压
结语
总之，变压吸附技术具有流程简单、能耗低、装置自动化程度高、产品气纯度高、操作简单等优点，且在合成氨企业已得到广泛的应用，随着社会的发展和企业技术的进步，变压吸附技术必将会有越来越重要的作用。
参考文献
[1] 李俊成，肖隆斌.变压吸附提纯二氧化碳技术应用[J].大氮肥，2007，01：19-21.[2] 王波.几种脱碳方法的分析比较[J].化肥设计，2007，02：34-37.[3] 毛薛刚，张玉迅，周洪富，管建平.变压吸附技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2007，05：39-43.[4] 殷文华，罗英奇，吴巍，伍毅，曾凡华，李克兵，郜豫川.变压吸附技术在合成氨行业的应用和发展[J].低温与特气，2015，01：45-49.[5] 尤彪.型煤+变压吸附制氧+富氧连续气化组合及其前景[J].中氮肥，2008，02：5-9.[6] 黄立新.变压吸附技术在合成氨中的工艺研究及其优化设计[J].江西化工，2008，03：188-191.[7] 汤霞槐.变压吸附提氢技术在合成氨弛放气氢回收装置的应用[J].化肥设计，2009，02：37-39+42.[8] 汪寿建.变压吸附在合成氨原料气净化中的应用[J].化工设计通讯，2011，02：34-38.[9] 洪鉴.80kt/a合成氨变压吸附脱碳装置技术改造[J].小氮肥，2011，08：9-13.[10] 姜宏，谯中惠，郜豫川.新型变压吸附脱碳技术在合成氨厂的应用[J].低温与特气，2005，06：28-31.[11] Sorption of Carbon Dioxide from Wet Gases by K2CO3-in-Porous Matrix: Influence of the Matrix Nature[J].A.G.Okunev,V.E.Sharonov,Yu.I.Aristov,V.N.Parmon.Reaction Kinetics and Catalysis Letters.2000(2 [12] R and D Note: Separation of a Nitrogen-Carbon Dioxide Mixture by Rapid Pressure Swing Adsorption[J].Zhixiong Zhang,Jianyu Guan,Zhenhua Ye.Adsorption.1998(2)[13] 郑黎,周丽莉.变压吸附气体分离技术应用及展望[J].河南化工,2010,(16):4-6.[14] 汤士勇.变压吸附脱碳对甲烷、硫化氢等有害气体脱除的探讨[J].小氮肥设计技术，2005，06：33-35.[15] 李博，韩大明，薛东旭.膜分离与变压吸附技术在甲醇和合成氨生产中的应用[J].广州化工，2012，23：132-133.[16] 唐莉，王宇飞，李忠.变压吸附脱除并回收合成氨变换气中CO2[J].中氮肥，2000，05：23-24+26.[17] 王春燕，杨莉娜，王念榕，丁建宇，王天明，黄秀杰.变压吸附技术在天然气脱除CO2上的应用探讨[J].石油规划设计，2013，01：52-55.[18] Separation of Bulk Carbon Dioxide-Hydrogen Mixtures by Selective Surface Flow Membrane[J].M.Paranjape,P.F.Clarke,B.B.Pruden,D.J.Parrillo,C.Thaeron,S.Sircar.Adsorption.1998(3)
[19] 马迎丽，张凡军.变压吸附脱碳在合成氨生产中应用的讨论[J].氮肥技术，2010，01：31+45.[20] 黄家鹄,王斌,雍思吴,穆春雷.热钾碱法与变压吸附法脱碳工艺比较[J].氮肥技术,2015,(05):10-12+20.[21] 何景连.合成氨分离方法的比较及其吸附分离的初步研究[D].四川大学,2005.[22] 于干.化学吸收法/变压吸附法脱除沼气中CO_2的实验研究[D].浙江工业大学,2013.[23] 杨军红,肖红玲,李小倍.变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行[J].大氮肥,2013,(02):115-117.[24] 强艳波.变压吸附（PSA）分离净化煤气提纯一氧化碳的工艺过程分析与优化[D].华东理工大学,2011.[25] 李耀刚.变压吸附脱碳工艺的发展及优化[J].中氮肥,2010,(01):45-47.[26] 徐冬,张军,翟玉春,刘丽影,李刚.变压吸附分离工业废气中二氧化碳的研究进展[J].化工进展,2010,(01):150-156+162.[27] 李耀刚.变压吸附提氢工艺的优化[J].化肥设计,2009,(03):36-38.[28] 李刚,母荣新,范培水.优化变压吸附脱碳工艺减少有效气体损耗[J].小氮肥,2005,(06):8-10.[29] 王祥云.合成氨气体净化技术进展(下)——脱碳技术的进展[J].化肥工业,2005,(02):19-28+37.[30] 陈道远.变压吸附法脱除二氧化碳的研究[D].南京工业大学,2003.[31] 宋伟杰.变压吸附空分制氧吸附剂的研制[D].大连理工大学,2001.[32] 吴楷.变压吸附富氧工艺用于合成氨制气过程的技术经济分析[J].化工技术经济,1996,(06):23-27+13.[33] 黄家鹄.变压吸附技术改革合成氨工艺设想[J].中氮肥,1985,(04):1-5.11
致谢
本论文是在导师的谆谆教诲和指导下完成的，从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；导师渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。
这次写论文的经历也会使我终身受益，我感受到，做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有认真学习和钻研，自己就不可能有研究的能力，就不可能有自己的研究，就不会有所收获和突破。希望这个经历，在今后的学习和生活中能够继续激励我前进。
另外，还要特别感谢我的家人，他们时刻关心我，给我提供了学习的机会，时时刻刻为我鼓劲、为我加油，进而促使我不断成长和进步。同时，也要感谢寝室的室友以及所有关心我的朋友，感谢他们陪伴我走过了很多美好的时光，在我遇到困难时他们关心我、帮助我。在完成毕业论文的过程中，很多朋友都给了我无私的帮助和支持，在此表示由衷的谢意！
最后，因本人水平有限，论文肯定还有不少不足之处，恳请各位老师批评指正，我希望可以有机会继续去完善，我将不断努力继续充实自己。
吕先豪
2017年5月12日于洛阳师范学院
第四篇：变压吸附制氮机的原理分析
变压吸附制氮机的原理分析
川汇气体
变压吸附制氮机名词解释及工作原理分析
变压吸附（PSA）制氮技术，具有能耗低、低噪音、无污染、操作简便、性能稳定等优点。可满足各种用气需要，在冶炼、金属加工、石化工业、电子工业、食品行业、仓储运输、等众多领域得到广泛使用。
变压吸附制氮机是以空气为原料，利用分子筛吸附剂对空气中氮、氧不同的吸附性能，在常温下变压吸附(简称PSA)制取氮气。主要结构由空气净化系统，自动控制系统，制氮系统、氮气储罐等部分构成。
碳分子筛是由碳组成的多孔物质，孔结构模型为无序堆积碳素结构。它分离空气的能力，取决于空气中各种气体在碳分子筛微孔中的不同扩散速度或不同的吸附力。由于氧分子通过碳分子筛微孔系统的狭窄空隙的扩散速度比氮分子快得多。因此，当加压时它对氧优先吸附，而氮则被富集成高纯度气体。变压吸附制氮机正是利用这一特性，采用加压吸附、减压解吸的方式实现氮氧分离。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。PSA制氮机工艺流程
压缩后的空气经空气贮存缓冲罐进入活性碳过滤器，除去油和水，然后经过冷干机干燥冷却卸压再经过T级和A级精密过滤后进入两个吸附塔。
PSA制氮工艺流程是采用在常温下变压吸附（即PSA）为无热源的吸附分离过程，碳分子筛对吸附组合（主要是氧分子）的吸附容量因其分压升高而增加，因其分压的下降而减少。这样，碳分子筛在加压时吸附，减压时解吸，放出被吸附的部分，使碳分子再生，形成循环操作。
变压吸附过程，循环操作包括：吸附、均压、降压、释放、冲洗，然后再充压、吸附几个工作阶段，形成循环操作过程。
PSA制氮装置根据流程的再生压力不同，可分为真空再生和常压再生流程。在两种流程中，原料空气经无油空压机压缩调压后，进入除油系统和冷却器，再经干燥进入碳分子筛吸附塔，吸附塔的上部排出产品氮气，被吸附的氧气直接排放到大气中，实现碳分子筛的再生。
第五篇：关于变压吸附制氧机的稳定性分析
关于变压吸附制氧机的稳定性分析
□河南开元空分集团有限公司副总工程师
张冰
摘要：变压吸附制氧在得到广泛应用的同时，它的稳定性问题也被人们关注，本文就影响变压吸附制氧稳定性的几个方面原因，对比国产和进口设备做了一些分析，提出了一些建议和看法。关键词：变压吸附制氧、国产设备、进口设备、稳定性。
变压吸附制氧以其启动快、低能耗、操作简单、负荷调整范围大等特点，已经得到广泛应用。在不需要高纯氧的场合，如有色金属冶炼（炼铜、炼铅、炼锌、炼金、炼镍等）、黑色金属冶炼（高炉富氧喷煤炼铁、电炉炼钢等）、富氧燃烧、化工造气、医疗、污水处理（富氧爆气）等领域使用越来越多。随着变压吸附制氧越来越多的使用，一些单位和用户对变压吸附制氧的稳定性提出了一些质疑，特别是长期使用深冷制氧机和从事深冷制氧机制造的单位认为变压吸附制氧稳定性差，连续性差。本文就大家更多关心的装置的稳定性问题谈一些看法。
稳定性问题不外乎两方面：
1.产量和纯度的稳定性
一些单位反映说变压吸附产量和纯度使用会越来越低，我们认为可能出现的这种情况，与使用分子筛的质量、工艺装备水平及用户的操作都有一定的关系。
笔者曾参观考察过一些在运行的国内和进口的变压吸附制氧设备，发生这种现象的装置中，使用分子筛的质量占据主要地位。分子筛是变压吸附的核心，分子筛性能优劣和使用寿命的长短对产量和纯度的稳定性影响是相当直接的。几家选用不同厂家分子筛的用户，装置产量的稳定性就各不相同。
比如采用老5A分子筛的设备，问题就稍显突出些。使用年限和寿命比现在普遍采用的LIX锂基离子分子筛就差了许多。有的用户本身上项目追求的就是短期效应，只求低价，上马快，设备早投产，就采用5A分子筛，不考虑运行成本和后期产量的稳定性问题，这种选型的设备稳定性就差一些。
采用LIX锂基离子分子筛的用户是占了大多数的，特别是在大中型设备上，它的优势是明显的，这也是主流。因为成本和长期的经济效益是用户的根本利益，多数用户都不是在急功近利。采用LIX锂基离子分子筛，可以提高氧气提取率，有效降低能耗和减少分子筛的使用量，设备数量和占地面积也在减少，可靠性和经济性较强。因此采用5A分子筛的设备占有率在逐渐缩小，采用LIX锂基离子分子筛的设备在占据主导地位。
即便采用的都是LIX锂基离子分子筛，因为制造工艺和配方的不同，其性能指标也有所不同。这在国内运行的设备中已经看到了使用效果上的差异，从用户反馈回来的信息中也得到了印证。即使是国外的专用LIX锂基离子分子筛也需要在性能质量和使用寿命上下些功夫，在笔者看到的国外设备中也同样存在分子筛寿命的问题。它昂贵的价格使得用户在添加或更换它的时候显得不十分情愿，用户希望他们使用的分子筛寿命不只是十年，应该更长。所以提高分子筛性能，提高使用经济性，这也是提高产量稳定性的一个关键环节。
阀门频繁切换，密封圈的使用寿命等对产量和纯度的稳定性也有影响。阀门长期使用，有时候也会产生执行机构开启不灵活，阀板关不严，或者密封圈达不到使用寿命要求，提前产生磨损而导致密封不严等现象，这些原因会引起泄露，导致保压保不住，均压均不了，引起工况不稳，影响产量和纯度的稳定性。尽管大家在长期的运行实践中针对发生的问题做了不少的改进工作，但是不管是国产阀门或者中外合资的阀门都还是存在一个稳定性的问题，即使是原装进口的阀门在这样频繁切换使用的环境里也有一个稳定性的问题。
装备设计水平，比如吸附塔的结构设计，也是影响分子筛的使用效果，影响产量和纯度的稳定性至关重要的一个因素。
吸附塔是变压吸附制氧机的关键部件，在吸附塔的结构设计中，保证高效和长寿是两大目标。
国内的吸附塔结构普遍采用的是轴流式吸附床结构。这种吸附床的优点是结构简单，制造费用低，缺点是轴流式的进气排气对床层的冲击比较大，容器死隙比较大，设备体积大，对气流分布计算要求比较严。因为这种吸附塔直径超大，分布器孔板计算有难度，设计偏薄刚性就显得不够，设计偏厚又存在不经济，频繁的正压进气和负压抽气造成大直径孔板的震动，会引起丝网松动、破裂，导致分子筛粉化、流化。这种轴流式的进排气方式，分子筛老化和粉化过早出现的概率就相对也大一些。这种现象在国内和进口设备采用轴流式吸附床结构的装置中都曾经发生过。这就是吸附塔长寿的问题。因为技术开发上的原因，也有设备造价的原因，国内的吸附塔结构恐怕还要有一段时间要沿用这种结构。在没有大的结构设计突破的情况下，合理优化，解决好气流分布和孔板强度问题，即便是先天不足也要设计得相对合理，这样长寿问题才会有保证。这一点内功，我们国内的同行是应当互相勉励来共同加强的！承认问题，正视存在不足，这样才会想办法去改进、去完善自己的设计。
进口设备在大中型装置中多采用径轴流（也称径向流）吸附床结构。这种轴向进气径向排气（也有径向进气轴向排气）的方式对分子筛造成的冲击较小，气流分布也更为均匀、平稳。这种结构的优点是吸附塔容积小、容器死隙小，压降也小，吸附和解吸期间气流分布良好，即使是频繁的进气和抽气，床层的稳定性比较好，丝网松动、破裂、分子筛粉化、流化的机会也相对少的多。这样的结构设计同时也保证了分子筛与进塔空气的充分接触，分子筛床层薄，吸附充分，吸附效率高，分子筛用量也少，产量和纯度也比较稳定。这种吸附床在进口设备中可以经常看到，国内供货商暂时还没有开发出这种昂贵的设备。有国内供货商称已经设计出了径向流吸附床，但尚未见到有用在设备的报道。这就是高效问题。这也就是国内设备与进口设备存在差距的一个重要所在。
2.装置运行的稳定性
装置运行的稳定性对供货商来说是靠程控系统和装备质量来保证的，对用户来说则是靠正确的操作和维护保养来决定的。
程控系统大家都采用PLC控制，国内这方面程控软硬件做的已经很成功，应用也非常普及广泛，这方面已经没有太多的问题。装备质量的问题就比较复杂。
先谈进口设备。
进口设备多采用“一拖二”的机组配备，即一台电机同时带动鼓风机和真空泵运转，设备少但配置合理，主机的稳定性也好。鼓风机和真空泵占地少，精度好，效率高，振动也小。而国内设备的配置却做不到这么紧凑，不但实现不了“一拖二”，鼓风机和真空泵也做不到体积小和效率高。这就是配置可靠性的问题。虽然变压吸附制氧因为设备少，故障相对较少，处理起来也比较容易，但与进口设备这种简捷高效的配置相比，设备增多故障点也随之增多，还是存在稳定性的差异。
“消噪”处理的好坏对稳定性也有影响。有效的“消噪”处理，可以减轻设备和管道的振动，有助于提高装置运行的稳定性。
大家知道，噪音是由振动产生的，特别是萝茨真空泵出口消音器“消噪”处理对变压吸附来说是一个不容忽视的难题，因为变压吸附的噪音很大一部分出自于它。萝茨真空泵抽真空时产生的气流流速达到30m/s，又是低频脉冲式的，对消音器筒壁的冲刷断续又剧烈，产生的振动噪音比较大，“消噪”的难度也比较大，这成了萝茨真空泵的一个“硬伤”。
难度大并不意味着没办法处理。笔者看到一家进口设备的湿式消音器“消噪”处理就比较好，振动比国产设备小的多，国产设备虽然也在不断尝试改进，但效果总谈不上理想。鄂州汴京空气分离设备有限公司刚刚在大冶市兴成矿业有限公司投产的变压吸附制氧机就在“消噪”处理上下了一些功夫，做了些新的尝试，不但厂房内做“消噪”处理，连真空泵湿式消音器也整体做“消噪”处理，并且在消音器出口又增加了消音器，实测厂房外噪声只有68～70dB，远远低于国家标准。“硬伤”在这里得到了有效的解决。
进口设备的整体“消噪”处理也做得精细，不但该做的处理一点都不省，连厂房横梁都做了消音处理，这一点值得我们国内供货商学习。
进口设备也有不完善的地方。我们谈的这家进口设备的鼓风机出口消音器，振动就比我们国产设备大得多。国产设备原来振动也大，但经过结构改动，振动大大减少。
再谈国内设备。
装置运行的稳定性还有一条重要的因素，就是吸附塔制造质量。吸附塔制造质量的好坏对装置运行的稳定性产生直接的影响。
因为国内的轴流式吸附塔超大的直径造成制造和运输的不便，我们的供货商出于制造成本上的考虑，多数采取就近寻找有资质的单位就近加工就近供货的方式，这样做的好处是节约了制造成本，但对制造质量的把关却造成了难度，对制造过程做不到有效监控。这种制造质量上存在的不确定性因素甚至给设备的稳定性带来致命的隐患！这一点相信我们的供货商应该深有感触，本来设计很好的一套装置因为外包吸附塔的制造质量把关不严造成分子筛粉化、流化，给设备运行造成严重的后果！这种严重的后果在早期进口设备中采用轴流式的吸附塔中也曾经发生过，造成的损失也很大。
因此我们的供货商要在控制好产品质量上下功夫，该把好关的一定要把好关，加强和提高装备制造水平，避免这种严重的后果发生。
实际上产量和纯度的稳定性和装置运行的稳定性都是在谈一个问题，两者是结合在一起分不开的。国产设备虽然因为上面谈到的一些原因，在稳定性和结构设计上等等还需要做出努力，但是国产设备也有自身的优点：造价低廉，设计富裕量大。造价低廉可以惠顾用户，与进口设备竞争具备价格优势，但富裕量大却值得探讨。笔者认为这个富裕量既是优点也是缺点，严格来说应该不是经济性的表现。
进口设备从设备选型到分子筛用量都是采用模块设计，产量优化设计到位，工艺计算准确，几乎没有富裕量。量化准确，实际上也是一种严谨、成熟和负责态度的表现。这一点值得我们国产设备借鉴。
随着使用年限的增加，因为流程组织和采用分子筛性能不同，用户操作使用和维修保养效果也不一样，个别机组存在这种产量和纯度降低的现象。但大多数装置运行状况都是良好的，这是主流！即使有产量和纯度降低的装置，降低的比例也是很小的，有限的降低对整套装置的使用不会造成太大的影响，也不会影响到用户的正常生产，用户不必为此担心。相对国产机有充足富裕量的优点来讲，又是对产量和纯度降低的一种补充。况且分子筛供货商对分子筛的质量和使用寿命也有承诺：正常使用，十年之内（也有供货商保证十五年的）因为分子筛质量原因引起产量和纯度降低，供货商免费更换或添加或活化再生分子筛。这样的服务承诺用户可以放心地使用变压吸咐制氧机了。
随着原材料的不断上涨，钢材和有色金属材料价格也在不断上涨，设备制造成本也在不断的增加，深冷制氧机因为有众多的制造设备而引起成套设备价格的攀升，相对变压吸附较少设备价格的攀升来说压力和负担就重了些。但在装置大型化上和纯度上深冷制氧机的优势还是明显的，国内已经开始承做了83000Nm3/h的制氧机（开封空分集团已经与天津荣城钢铁有限公司签约），纯度99.6%。变压吸附因为受自身工艺条件的限制，目前还做不到这样大的装置，纯度也做不到这样高。虽然有新尝试的报道，也有复合制氧机的出现，但也只是在中小型的规模上。从前虽有日本能够用变压吸附法生产９９.５%的报道，但实际的工业化装置，笔者还未确知。西梅卡亚洲气体系统成都有限公司，仅在装置容量很小（<１５ＮＭa3/Ｈ）的情况下，采用意大利Ｔtalfilo技术生产９９%氧纯度的分子筛制氧装置。这也是迄今为止变压吸附制氧最高的纯度报道。
开发新工艺，设计新型吸附塔，研发更加高效的分子筛吸附剂，应该是变压吸附大型化发展的方向。
国内在运行的变压吸附制氧装置，流程设计上有采用传统的萝茨鼓风机和萝茨真空泵的，有采用离心鼓风机和水环真空泵的，基本上都是这两种。吸附剂也都采用目前专用的ＬＩＸ锂基离子分子筛。专用切换蝶阀有采用中外合资产品的也有采用国产液压传动阀门的。采用萝茨风机流程的优点是能耗低了一些的，缺点是噪音稍高，消噪的任务比较大；采用离心风机和水环真空泵流程的优点是噪音稍低些，缺点是能耗稍高些，密封水量用得多了一些，密封水的回收工作要多做一些。吸附塔的数量有采用两塔、三塔、四塔或五塔的（有开发单塔的报道，但没见到使用）。采用吸附塔的数量的多少实际上也是一个工艺装备水平衡量的标志，这方面我们国内的同行可是任重而道远！虽然供货商从各自工艺流程设计角度和装置运行稳定性、经济性角度考虑采用吸附塔数量的多少，但是进口的“四千”、“五千”变压吸附制氧装置，两塔流程就可以实现，甚至敢说“七千”也可以采用两塔流程！两塔流程工艺简单，操作方便，设备数量少，投资低，长期运行成本也低，当然是一种优化的流程方案，但要在大型装置上实现，理论上可行，实际上难度很大。所以在装备水平和工艺水平上我们国产设备与进口设备的差距是明显的。提高装备水平，缩短工艺差距，任务比较艰巨！
我们常常可以看到这种现象，新上项目试车阶段和项目完成以后种种原因致使不能满负荷生产，频繁开停制氧机，造成无谓的水电浪费。笔者在内蒙一家刚刚投产的铜冶炼厂就看到这种现象，这家铜冶炼厂在招标制氧机（中型空分）时采用了传统的深冷机，当时对变压吸附制氧机也有推荐，但这家单位认为变压吸附制氧不稳定，又没有技术含量，就没有采用。现在的生产状况是半月一开或者是一月一开，每次一停一开制氧机就要三天三夜（停机后加温吹除一天，开机后开车出氧两天），电费就是十万元，浪费实在是惊人！实际上大家都知道，铜的冶炼需要混氧鼓风，不需要纯度太高的氧气，采用变压吸附机是非常合适的，既方便操作，又减少电费损失，既经济又实用。笔者认为，深冷机和变压吸附无所谓孰优孰劣，只是适用场合不一样，用户应该从自身经济和实用角度考虑选择采用哪种制氧机。
笔者认为，在纯度要求不高的制氧项目上，中小型制氧机（“六千”以下）采用变压吸附应该比较经济划算，在大型制氧机项目上（“六千”以上）采用深冷机可靠性比较强。
产生疑问与宣传资料少和变压吸附空分制氧技术成熟时间相对较短及国家对此推广力度不够有关。通过这几年我们供货商不断的努力，也通过宣传力度的加强和越来越多的装置的投产，用户看到了变压吸附的存在，也逐渐接受了这种制氧机。人们对变压吸附的认识也越来越清晰、客观，定位也越来越准确，这种客观的认识和定位就是一种可喜的进步！
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