摘要:本文簡要介紹了VPSA制氧機的純度由來,以及VPSA制氧幾種工藝。例舉了VPSA制氧純度大于93%的提出和應用。 |
關鍵詞: VPSA制氧;純度;氧脫;全氧燃燒 |
我國對變壓吸附制氧技術的開發起步較早,先期作為軍品開發,從1966年開始研究沸石分子篩分離空氣制氧技術。20世紀70年代是我國PSA分離空氣制氧技術發展的鼎盛時期,全國有十幾個單位相繼開展了變壓吸附制氧技術的實驗研究,建立了數套工業試驗設備。這個時期開發的變壓吸附制氧設備的共同點有以下幾個方面:
(1)大多采用高于大氣壓吸附、常壓解吸流程,吸附塔有兩個到四個;
(2)空氣進入吸附塔前,經過脫水預處理;
(3)設備可靠性差,不能連續穩定運行,導致大部分設備報廢;
(4)技術、經濟指標落后。
由于設備性價比不高,工藝不夠成熟,市場開發力度不夠,老設備相繼停用,新設備找不到市場,20世紀80年代,原來從事變壓吸附制氧裝備研制單位的開發項目相繼中止,我國變壓吸附制氧技術的開發再次進入低谷。可以說這之前的國內市場,沒有正式意義上的工業化制氧裝置,也沒有專業的變壓吸附制氧設備生產商。
變壓吸附制氧的正式產業化從20 世紀90年代起,由于電能緊張,鋼鐵市場的紅火,電爐煉鋼配套變壓吸附制氧,不僅工程上馬快,使用結果也非常好。而電爐煉鋼要求的氧氣純度90%,所以作為電爐的配套設備,變壓吸附制氧通行的質量要求是氧氣純度90%。
變壓吸附制氧的原料是空氣,正常的空氣成分按體積分數計算是:氮(N2)約占78%,氧(O2)約占21%,稀有氣體約占0.939%(氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn,主要為氬),二氧化碳(CO2)約占0.031%,還有其他氣體和雜質約占0.03%,如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸氣(H2O)等。由于氧和稀有氣體氬分子量接近,不能分離,所以假定空氣中所有氮氣都被吸附,剩余的氧氣也只是占21/22=0.9545,所以業界認為變壓吸附制氧最高的理論純度是95.5%。
VPSA制氧流程,其典型流程有:
因為吸附制氧每個塔都是需要最少吸附和解吸兩個過程,所以產氧不是連續的,最早的三塔(或多塔)流程就是基于要連續制取氧氣而被發明出來。該流程分子篩用量大。
為了減少分子篩的用量,四塔流程被開發出來,相當于兩組設備交替工作,四個吸附塔保證每時每刻都有氧氣制出。
隨著分子篩性能的提高和工藝的成熟,兩塔流程越來越成熟。兩塔流程周期更短,通過緩沖罐連續供應氧氣。在大型設備上目前都采用兩塔工藝。
在實際設計上,93%的純度被提出(這是真正意義上93%,當氧氣純度低于93%時會被當廢氣放空,氧氣純度91%-95%實際上就是90%的設備)。這個純度是上世紀末本世紀初,我國實行林紙一體化項目,用氧氣代替氯氣進行紙漿的漂白而根據滿足紙漿漂白工藝的要求被我公司提出。目前一般被紙漿廠和一些高要求的玻纖全氧燃燒爐窯采用。同時此類高純度制氧機的純度有微量波動才是正常。
山東晨鳴一次性采購昆山錦程制氧6套純度在大于93%VPSA制氧機設備,山東玻纖連續采購錦程制氧8套純度大于93%的VPSA制氧(共15000Nm3),目前昆山錦程制氧在紙漿氧脫木素和氧漂行業有80%的市場份額,在玻纖全氧燃燒爐窯有60%的市場份額,在高純度領域昆山錦程制氧有無可比擬的優勢。