變壓吸附 (Pressure Swing Adsorption，PSA)，其基本原理是利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性，通過周期性的壓力變換過程實(shí)現(xiàn)氣體的分離或提純。

目前變壓吸附技術(shù)廣泛應(yīng)用于空氣分離制取O₂及N₂，含CO、H₂、CO₂等氣體組分的分離凈化（如各種造氣爐及大量的工業(yè)尾氣），乙烯、乙烷等常見石油裂化氣體以及瓦斯氣濃縮CH4等領(lǐng)域，隨著技術(shù)的進(jìn)步，正在逐步擴(kuò)充應(yīng)用的范圍。

上世紀(jì)70年代，美國聯(lián)合碳化物公司首次實(shí)現(xiàn)變壓吸附（PSA）制氧技術(shù)工業(yè)化，采用常壓解吸（PSA）工藝，吸附劑是CaA吸附劑，氮?dú)馕饺萘康?、制氧能耗高?

進(jìn)入到90年代，采用LiX吸附劑的真空變壓吸附（VPSA）制氧技術(shù)成為國際主流工藝，更加適合于裝置大型化的需求。我國變壓吸附法制氧的研究幾乎與國際同行同期開展，但受限于優(yōu)質(zhì)吸附劑國內(nèi)生產(chǎn)能力低、對吸附塔和整體工藝的技術(shù)研究水平落后等原因，國內(nèi)變壓吸附制氧行業(yè)長期發(fā)展緩慢，裝置規(guī)?；款i、制氧能耗高、吸附劑更換頻繁等問題頻現(xiàn)，對生產(chǎn)的影響較大，這一時期國內(nèi)大型化VPSA制氧裝置幾乎全系進(jìn)口，價格昂貴，使用了大量寶貴的外匯。

進(jìn)入到90年代末期，北京大學(xué)謝有暢教授領(lǐng)導(dǎo)的氣體分離凈化中心團(tuán)隊率先實(shí)現(xiàn)氮氧選擇性能和氮?dú)馕饺萘侩p高的高效LiX制氧吸附劑穩(wěn)定量產(chǎn)后，國內(nèi)首次開始使用LiX制氧吸附劑進(jìn)行成套工業(yè)變壓吸附制氧裝置的工藝集成設(shè)計制造，從此由我國自主生產(chǎn)并采用高效LiX制氧吸附劑的變壓吸附制氧裝置逐漸得到廣泛應(yīng)用。

近年來，隨著氣體市場的逐漸規(guī)范、成熟、壯大，國內(nèi)一線變壓吸附廠商不僅將眼光局限于設(shè)備銷售領(lǐng)域，本著專業(yè)人做專業(yè)事的理念，同時開始進(jìn)入現(xiàn)場制氣供氣的專業(yè)化運(yùn)營服務(wù)市場，實(shí)現(xiàn)了智能化無人值守，標(biāo)志著國內(nèi)變壓吸附制氧進(jìn)入新的發(fā)展時期。

制氧吸附劑主要依靠其對氮?dú)獾倪x擇性吸附而穿透氧氣的功能，從類型來講常見主要分為鈣基的CaA和CaX、鋰基的LiX。CaA和CaX吸附劑是沿用上世紀(jì)80年代的傳統(tǒng)分子篩，其成本較低，但制氧的能耗較高，且裝填量數(shù)倍于LiX，無論是從吸附塔的占地還是長期使用的運(yùn)營成本方面，都存在較大的劣勢與不足，目前僅在小型的常壓解吸型變壓吸附（PSA）有使用。

采用鋰離子高交換度的低硅鋁比X型（LiLSX）高效制氧吸附劑，是LiX型吸附劑中最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，“氮?dú)馕饺萘俊焙汀暗踹x擇性”這兩項(xiàng)吸附劑關(guān)鍵指標(biāo)均遠(yuǎn)超CaA和CaX型制氧吸附劑，優(yōu)質(zhì)的LiX吸附劑由于氧氣收率高，故吸附劑的裝填量較少，所配套的動力設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷也相應(yīng)減小，因此大幅降低了制氧裝置的直接投資和運(yùn)行能耗，提高了制氧裝置的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。例如國內(nèi)最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化穩(wěn)定量產(chǎn)的PU-8型高效鋰基制氧吸附劑，曾榮獲國家教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。

通過加壓吸附，用抽真空減壓解吸的空氣分離制氧的方法，稱為VPSA，真空變壓吸附制氧。

變壓吸附制氧是以空氣作為原料氣，通過鼓風(fēng)機(jī)使空氣在加壓的情況下穿過吸附床層，空氣中的氮?dú)猓趸己退@些組分就被吸附劑吸附，剩余組分穿過吸附劑，從而得到富集的氧氣，之后吸附飽和后的吸附劑通過真空泵抽真空降壓解吸，隨著壓力降低，吸附在吸附劑上的氮?dú)狻⒍趸己退@些組分解吸出來。如此交替往復(fù)，這就是真空變壓吸附制氧的基本原理。

變壓吸附（VPSA）制氧裝置一般都通過以上所示的操作步驟來分離富集氧氣。在一個周期內(nèi)，每個吸附塔需經(jīng)過“吸附”、“均壓降”、“解吸”、“沖洗”和“均壓升”這五個步驟。

（1）吸附步驟

空氣經(jīng)過濾器除去機(jī)械雜質(zhì)后，經(jīng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入吸附塔內(nèi)，其中空氣中H₂O，CO₂，N₂被吸附劑吸附，由于O₂在吸附劑中吸附很少，不斷地在氣相中得到富集，并從吸附塔的出口排出。經(jīng)此步驟制取的氧氣一部分被送往緩沖罐輸出界區(qū)，另一部分則預(yù)留給下一步驟對低壓吸附塔進(jìn)行沖洗升壓。

（2）均壓降步驟

在“均壓降”步驟中，富氧氣沿著吸附塔出口流入另一個處于均壓升步驟吸附塔，對另一個吸附塔進(jìn)行升壓。

（3）真空解吸步驟

在“均壓降”步驟結(jié)束后，為使雜質(zhì)盡可能解吸，就必須還要對該塔進(jìn)行抽真空降壓。VPSA相對于PSA而言，最大差異之處也正是這一步，即通過真空泵對吸附塔的進(jìn)一步抽空，促使塔內(nèi)雜質(zhì)分壓降低，使其解吸出來，經(jīng)真空泵排出吸附塔外。

（4）沖洗步驟

為了使吸附塔的雜質(zhì)解吸更徹底，在“真空解吸”末尾階段，將從另一高壓吸附塔引入一小股產(chǎn)品氧氣對該塔的吸附劑進(jìn)行清洗，此時塔內(nèi)的氧氣分壓升高，而雜質(zhì)分壓進(jìn)一步降低，使吸附劑再生更徹底，更利于下一個循環(huán)的吸附。

（5）均壓升步驟

經(jīng)過“真空解吸”和“沖洗”后，吸附塔內(nèi)的吸附劑再生完畢。此時塔內(nèi)壓力較低，為了快速恢復(fù)至吸附壓力且保證吸附前沿不過快上移，需要引入另一個處于均壓降步驟的吸附塔排除的富氧氣進(jìn)行升壓，“均壓升”結(jié)束時，吸附塔的壓力達(dá)到吸附工況要求壓力，做好了下一個吸附周期的準(zhǔn)備。

以上各步驟的切換主要由控制系統(tǒng)和專用開關(guān)蝶閥完成。控制系統(tǒng)按照各步驟的先后邏輯（簡稱“時序邏輯”）來開關(guān)各專用蝶閥，進(jìn)而控制吸附塔在“吸附”、“均壓降”、“解吸”、“沖洗”、“均壓升”等步驟過程中的時間長短，以此實(shí)現(xiàn)氧氮分離，最終制取符合要求的產(chǎn)品氧氣。

PSA-CO的基本原理是利用吸附劑的選擇吸附性，吸附混合氣中的CO，再通過減壓或抽真空的形式將CO解吸出來，實(shí)現(xiàn)分離CO的目的。

通過與5A分子篩的吸附曲線比較可以看出：載銅分子篩的吸附性能更卓越。一方面對CO有極高的吸附量，這得益于活性組分Cu+對CO的絡(luò)合吸附。另一方面對其他氣體幾乎不吸附，因?yàn)镃uCl將分子篩表面原來的活性中心覆蓋掉了，更難得的是對于原先吸附量很大的CO2也有很大程度的降低。因此在處理CO2含量不高的原料氣時可以不用脫除CO2，直接吸附分離CO即可，這也是一段法PSA名稱的由來。

Cu系分子篩的卓越性能在于其吸附原理是將物理方法和化學(xué)方法結(jié)合起來，一方面利用分子篩載體的超大的比表面積，一方面利用Cu+與CO間的絡(luò)合作用。我們將CuCl單層分散在分子篩內(nèi)表面上，最終制得了高效載銅分子篩。

與深冷分離方法相比較，PSA-CO裝置具有操作工藝簡單、開停車時間短、負(fù)荷調(diào)整范圍大、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。每次開停車只需幾十分鐘，同時根據(jù)下游需要可以隨時通過簡單的調(diào)整操作步驟時間即可實(shí)現(xiàn)30%～100%范圍內(nèi)的負(fù)荷調(diào)整，可以大幅度節(jié)約裝置調(diào)試和試運(yùn)行期間的費(fèi)用，間接地節(jié)約了裝置投資。

變壓吸附裝置由吸附塔、真空泵、壓縮機(jī)、程控閥門等組成，設(shè)備簡單，易操作，普通員工經(jīng)簡單培訓(xùn)即可熟練掌握。配套設(shè)備均可在國內(nèi)采購制造，裝置安全性保障容易實(shí)現(xiàn)，安裝施工難度低，建設(shè)周期短。

由于以上優(yōu)點(diǎn)，PSA-CO技術(shù)廣泛應(yīng)用于煤化工合成氣及各種復(fù)雜尾氣的處理中，國內(nèi)開車業(yè)績涵蓋氣流床煤氣、水煤氣、半水煤氣、天然氣轉(zhuǎn)化氣、電石爐氣、醋酸尾氣、高爐煤氣等等原料氣的處理，用于生產(chǎn)下游化工產(chǎn)品，比如：醋酸、丁辛醇、TDI、乙二醇等。

目前，工業(yè)氧氣的生產(chǎn)途徑主要包括深冷空分制氧、變壓吸附制氧、膜分離制氧。變壓吸附制氧是一種先進(jìn)的氣體分離技術(shù)，在當(dāng)今世界的現(xiàn)場供氣方面具有不可替代的地位，變壓吸附制氧設(shè)備主要特點(diǎn)：

1、裝置工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備投資??；

2、裝置占地面積小，約為同等規(guī)模深冷空分的1/3；

3、裝置自動化程度高，可實(shí)現(xiàn)24小時全自動運(yùn)行，也可以通過通訊接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控;

4、開停車方便，通常0.5h內(nèi)即可產(chǎn)出合格氧氣；

5、裝置運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較深冷法制氧低，通常產(chǎn)品單耗0.33-0.35kWh/m³純氧；

6、變壓吸附屬于常溫低壓設(shè)備，安全性能好；

7、負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，變壓吸附制氧設(shè)備可根據(jù)用氣量的變化而調(diào)整負(fù)荷，單套裝置可實(shí)現(xiàn)50%-100%負(fù)荷調(diào)節(jié)；

綜合以上變壓吸附制氧的特點(diǎn)，通常認(rèn)為：深冷法制氧技術(shù)在大型化、高純度用氧條件下具有一定優(yōu)勢，而變壓吸附制氧具有成本低、操作方便、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)勢，在靈活多變的用氧場合且氧氣純度要求不太高的情況下更具優(yōu)勢。