1 變壓吸附制氧基本原理

變壓吸附制氧的基本原理是，原料空氣經(jīng)鼓風(fēng)機進口過濾器去除雜質(zhì)后進入鼓風(fēng)機，被鼓風(fēng)機增壓后，通過管道和氣動切換閥門進入吸附劑床層，原料空氣中的水分和二氧化碳被底部的13X吸附劑吸附，凈化后的空氣在吸附器內(nèi)繼續(xù)上升，經(jīng)過PU-8制氧吸附劑的過程中氮氣逐漸被吸附，從而在吸附器頂部富集到氧氣。產(chǎn)品氧氣從吸附器頂部流出后，進入氧氣緩沖罐，再經(jīng)增壓，供用戶使用。

為了連續(xù)獲得氧氣，一般設(shè)兩個或兩個以上的吸附器，一個吸附器在較高壓力下吸附空氣中的氮氣，從吸附器出口端獲得產(chǎn)品氧氣；其他的吸附器在較低壓力下解吸或升壓，以便在下一個周期內(nèi)吸附原料空氣中的氮氣。幾個吸附器輪流切換，從而達到連續(xù)產(chǎn)氧的目的。

對于VPSA制氧工藝，每個周期都必須完成吸附、順向放壓、真空解吸、清洗、均壓、升壓等步驟。

吸附：空氣經(jīng)過吸附床層，氮氣被吸附，當(dāng)吸附器達到一定壓力后，產(chǎn)品氧氣流入氧氣緩沖罐。

順向放壓：吸附結(jié)束后，吸附器上部氣體含氧量相對較高，將這部分氣體順向放至低壓吸附器。

真空解吸：順向放壓結(jié)束后，吸附器壓力還是較高，需要通過抽真空的方法使吸附器壓力進一步降低，將解吸的氮氣抽出放空。

清洗：在吸附器抽真空達到最低解吸壓力之前，將氧氣從頂部通入吸附器，同時從底部繼續(xù)抽真空，使吸附的氮氣進一步解吸。

均壓：吸附器再生結(jié)束后，將完成吸附的吸附器從頂部通入氣體，同時對吸附器從底部繼續(xù)抽真空。

升壓：均壓后吸附器壓力仍較低，利用氧氣緩沖罐中的產(chǎn)品氣從頂部送入吸附器，同時從吸附器底部引入空氣，對吸附器進行升壓。

以上各步驟循環(huán)進行，即可實現(xiàn)空氣的氧氮分離，從而得到符合要求的產(chǎn)品氧氣。各工作步驟的切換，是靠氣動切換閥來實現(xiàn)的，氣動閥門根據(jù)控制系統(tǒng)程序的設(shè)定實現(xiàn)自動開啟和關(guān)閉。

2 VPSA制氧裝置系統(tǒng)組成

VPSA制氧裝置由鼓風(fēng)機系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、儀表空氣系統(tǒng)、氧氣增壓系統(tǒng)共七部分組成。

鼓風(fēng)機系統(tǒng)：為制氧裝置提供原料空氣，將空氣加壓后送入吸附器。此系統(tǒng)主要由鼓風(fēng)機進氣過濾器、鼓風(fēng)機、鼓風(fēng)機出口冷卻器和相應(yīng)的管道及閥門組成。

真空泵系統(tǒng)：在吸附結(jié)束后對吸附器抽真空，將解吸的氮氣排出系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要由真空泵、真空泵出口消音室和相應(yīng)的管道及閥門組成。

吸附系統(tǒng)：空氣中氧氣和其他組分(氮氣、水分、二氧化碳等)分離的場所，其他組分被吸附劑吸附，而氧氣吸附較少，在吸附器頂部得到富集，從而將氧氣從空氣中分離出來。此系統(tǒng)主要由吸附器(內(nèi)裝有各種吸附劑及填料)、氧氣緩沖罐和相應(yīng)的管道及閥門組成。

儀表控制系統(tǒng)：用來控制制氧裝置的啟動、停止，通過各氣動閥門的自動運行實現(xiàn)各步驟的切換。此系統(tǒng)主要由上位機、儀表控制柜、傳感器、變送器等現(xiàn)場儀表監(jiān)控系統(tǒng)，自動控制硬件、自動控制軟件、自動控制程序等辦公室操作系統(tǒng)，組成。

電氣控制系統(tǒng)：為制氧裝置內(nèi)的動力裝置等用電設(shè)備提供電源及控制動力設(shè)備的啟動、停止及保護。此系統(tǒng)主要由電氣控制柜、電氣操作開關(guān)、電氣自動化保護、動力電纜和控制電纜等部分組成。

儀表空氣系統(tǒng)：為氣動控制閥門提供高壓、清潔、連續(xù)、充足的氣源，保證氣動控制閥門可以順利開關(guān)。此系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、干燥機、空氣過濾器和相應(yīng)的管道及控制閥門組成。

氧氣增壓系統(tǒng)：從吸附器流出的氧氣收集在氧氣緩沖罐內(nèi)，輸出壓力為20 kPa左右，經(jīng)氧氣增壓裝置加壓后達到要求的供氧壓力，供用戶使用。此系統(tǒng)主要由氧氣增壓風(fēng)機、氧氣增壓風(fēng)機后冷器、低壓氧氣緩沖罐和供氧管道組成。

3 裝置性能指標(biāo)

氧氣純度 80%

氧氣輸出壓力 45 kPa(G)

啟動時間 15～30 min

電耗 0.3±0.02 kW·h/m³(折純氧計，按電源進線柜電度表有功功率計量，包括鼓風(fēng)機、真空泵、用電等)