蘭娜 王慶

　　近20年來
，國內經濟穩定快速發展，鋼鐵、有色冶金、化工

、爐窯、環保等行業生產工藝不斷升級與革新，對於氧氣的需求也日益增大，促進了深冷空分工藝、變壓吸附製氧工藝及膜分離工藝等製氧技術的發展。由於產品純度太低，限製了膜分離工藝的適應性；而er國guo內nei深shen冷leng工gong藝yi和he變bian壓ya吸xi附fu工gong藝yi取qu得de了le長chang足zu進jin步bu。在zai新xin型xing鋰li基ji吸xi附fu劑ji國guo產chan化hua以yi及ji徑jing向xiang吸xi附fu塔ta開kai發fa取qu得de突tu破po性xing進jin展zhan後hou，變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang工gong藝yi在zai國guo內nei得de到dao了le廣guang泛fan的de使shi用yong和he用yong戶hu的de積ji極ji認ren可ke。

　　變壓吸附製氧技術進展

　　變壓吸附製氧技術開發始於20世紀60年代，20世紀80年代初美國和日本相繼實現工業化。近幾年，隨著永磁電動機的開發及製氧工藝的優化，國外變壓吸附製氧電耗最低已降到0.3kW·h/m3以下，雙塔製氧最大規模突破6000Nm3/h以上，變壓吸附製氧成本得到進一步降低，製氧規模逐年增大。

　　我國從20世紀80年代末期開始研究變壓吸附製氧技術，直到20世紀90年代初才有了小型工業化裝置。2000年nian初chu，以yi北bei京jing北bei大da先xian鋒feng科ke技ji有you限xian公gong司si為wei代dai表biao的de高gao效xiao鋰li基ji吸xi附fu劑ji生sheng產chan及ji采cai用yong鋰li基ji吸xi附fu劑ji的de變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang工gong藝yi的de工gong業ye化hua，使shi國guo內nei變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu有you了le快kuai速su的de進jin步bu及ji廣guang泛fan的de推tui廣guang。目mu前qian，北bei大da先xian鋒feng建jian設she的de變bian壓ya吸xi附fu兩liang塔ta裝zhuang置zhi規gui模mo已yi達da到dao6000Nm3/h，純氧電耗也接近0.3kW·h/m3。

　　隨著變壓吸附製氧技術一些關鍵性問題
，如高效鋰基吸附劑穩定生產、徑向床吸附器的研發、可ke靠kao的de高gao頻pin率lv以yi及ji大da口kou徑jing蝶die閥fa開kai發fa等deng得de以yi解jie決jue，國guo內nei變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu的de產chan氧yang規gui模mo逐zhu年nian增zeng大da
，氧yang氣qi電dian耗hao逐zhu漸jian降jiang低di，裝zhuang置zhi的de可ke靠kao性xing穩wen步bu提ti升sheng。裝zhuang置zhi規gui格ge也ye從cong最zui初chu的de單dan套tao兩liang塔ta製zhi氧yang裝zhuang置zhi規gui模mo不bu足zu1000Nm3/h發展到了如今的6000Nm3/h，多塔並聯後規模達到30000Nm3/h以上，單位製氧電耗降低到0.32 kW·h/m3以下，製氧裝置的年開工率達到98%以上。鼓風機的噪聲已達到85dB以下的要求（通過消聲處理、廠房外1m噪聲可以達到70dB以下），大口徑蝶閥無故障率普遍達到8000h以上，分子篩壽命更是延長到了5年以上，讓用戶對國產變壓吸附製氧設備有了嶄新的認識，擴大了變壓吸附製氧設備的應用。僅2018年一年


，國內規模超過1000Nm3/h以上變壓吸附製氧裝置建設就超過70套。

　　國guo內nei如ru北bei大da先xian鋒feng等deng企qi業ye通tong過guo不bu斷duan努nu力li
，改gai變bian了le變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang分fen子zi篩shai依yi賴lai進jin口kou的de局ju麵mian

，同tong時shi在zai鋰li分fen子zi篩shai等deng產chan品pin領ling域yu取qu得de了le突tu破po，並bing實shi現xian新xin型xing分fen子zi篩shai產chan品pin的de工gong業ye化hua應ying用yong。隨sui著zhe變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu的de發fa展zhan與yu完wan善shan，相xiang比bi深shen冷leng製zhi氧yang技ji術shu，變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu逐zhu漸jian形xing成cheng許xu多duo獨du特te優you勢shi，進jin一yi步bu推tui動dong了le該gai技ji術shu在zai國guo內nei眾zhong多duo行xing業ye的de應ying用yong。

　　變壓吸附製氧技術的特點

　　一是製氧能耗和運行成本低

　　製氧工藝中，電耗大概占運行成本的90%以上。隨著變壓吸附製氧技術的不斷優化，其純氧電耗已從20世紀90年代的0.45kW·h/m3，下降到如今的0.32kW·h/m3以下，即使較大規模深冷製氧的純氧電耗最低也在0.42kW·h/m3左右。與深冷製氧技術相比，在企業沒有氮氣需求、用氧工序對氧氣純度及壓力要求不高的工況下，變壓吸附製氧技術具有明顯的成本優勢。

　　二是工藝簡單、操作靈活
、開停車方便

　　變壓吸附製氧與深冷製氧技術相比，工藝比較簡單，主要動力設備為羅茨鼓風機和羅茨真空泵，操作相對簡單、容易維護。由於變壓吸附製氧設備開停車不存在降溫和升溫過程，原始開車隻需要30分(fen)鍾(zhong)即(ji)可(ke)產(chan)出(chu)合(he)格(ge)氧(yang)氣(qi)，短(duan)時(shi)間(jian)停(ting)車(che)則(ze)幾(ji)分(fen)鍾(zhong)便(bian)可(ke)產(chan)氧(yang)，而(er)且(qie)裝(zhuang)置(zhi)停(ting)車(che)更(geng)加(jia)簡(jian)單(dan)，隻(zhi)需(xu)要(yao)把(ba)動(dong)力(li)設(she)備(bei)和(he)控(kong)製(zhi)程(cheng)序(xu)關(guan)停(ting)。相(xiang)比(bi)深(shen)冷(leng)製(zhi)氧(yang)
，變(bian)壓(ya)吸(xi)附(fu)製(zhi)氧(yang)技(ji)術(shu)開(kai)停(ting)車(che)更(geng)加(jia)方(fang)便(bian)

，大(da)幅(fu)度(du)降(jiang)低(di)了(le)裝(zhuang)置(zhi)開(kai)停(ting)車(che)產(chan)生(sheng)的(de)操(cao)作(zuo)費(fei)用(yong)。

　　三是投資省、建設工期短

　　變壓吸附製氧裝置工藝流程簡單，主要由動力係統、吸附係統和閥門切換係統等組成，設備數量較少，可以節省設備的一次性投資成本
；裝置占地麵積小
，可以減少裝置土建成本和建設用地的成本

；設備加工製造周期較短，主要設備加工周期一般不超過4個月，正常情況下6個月內即可實現產氧要求，相比深冷製氧接近1年的建設周期，大幅度降低了裝置的建設時間。

　　四是設備簡單、維修方便

　　變壓吸附製氧技術采用的設備如鼓風機、真空泵和程控閥門等全部可實現國產化，備品備件更換容易，可降低成本、工期容易控製；設備維修簡單、售後服務方便
，相比深冷製氧所用的大型離心壓縮機的維護，變壓吸附製氧用戶不需要投入大量維護資金和聘用專業維護工人。

　　五是負荷調節便捷

　　相比深冷液氧技術
，變壓吸附製氧在純氧電耗變化不大的情況下，可以實現產量和純度的快速調節。一般產量可在30%~100%調節，純度可在70%~95%調節，尤其當幾套變壓吸附製氧裝置並聯使用時，負荷調節更加容易。

　　六是操作安全性高

　　由於變壓吸附製氧為常溫下的低壓操作，而且不會出現液氧、乙炔富集等現象，相對於深冷製氧低溫高壓操作，安全性更高。

　　變壓吸附製氧技術主要應用領域

　　隨著變壓吸附製氧規模逐年增大
、可靠性逐年提高及製氧電耗的逐漸降低，同時變壓吸附製氧技術具有操作靈活
、負荷調節簡單、電耗低、zhuangzhijianshezhouqiduanyijianquanxinggaodengyoudian，duiyuxuyaolinghuoshiyongfuyangdexingye，bianyaxifuzhiyangjishuwuyikechengweishenlengzhiyangdetidaigongyi
，qiyingyongfanweiyezaizhuniankuoda。jinjinian，bianyaxifuzhiyanggongyizaigangtie、有色冶金、化工、爐窯、環保等行業得到了廣泛應用。

　　一是高爐富氧工藝

　　隨sui著zhe高gao爐lu富fu氧yang技ji術shu的de發fa展zhan，高gao爐lu已yi經jing成cheng為wei鋼gang鐵tie企qi業ye主zhu要yao用yong氧yang源yuan之zhi一yi。在zai高gao爐lu富fu氧yang技ji術shu最zui初chu應ying用yong時shi，高gao爐lu可ke以yi作zuo為wei供gong氧yang的de調tiao節jie器qi
，產chan氧yang量liang多duo時shi，高gao爐lu富fu氧yang率lv則ze高gao
，產chan氧yang量liang不bu足zu時shi

，高gao爐lu富fu氧yang率lv則ze低di。隨sui著zhe鋼gang企qi對dui高gao爐lu富fu氧yang技ji術shu在zai煉lian鐵tie工gong藝yi的de重zhong要yao性xing認ren識shi逐zhu漸jian清qing晰xi，高gao爐lu富fu氧yang率lv的de穩wen定ding成cheng為wei低di成cheng本ben、高(gao)效(xiao)煉(lian)鐵(tie)的(de)重(zhong)要(yao)操(cao)作(zuo)參(can)數(shu)。由(you)於(yu)鋼(gang)鐵(tie)企(qi)業(ye)用(yong)氧(yang)的(de)工(gong)序(xu)較(jiao)多(duo)
，用(yong)氧(yang)負(fu)荷(he)每(mei)周(zhou)甚(shen)至(zhi)每(mei)天(tian)都(dou)會(hui)發(fa)生(sheng)波(bo)動(dong)，而(er)深(shen)冷(leng)製(zhi)氧(yang)技(ji)術(shu)負(fu)荷(he)調(tiao)節(jie)性(xing)較(jiao)差(cha)
，開(kai)停(ting)車(che)時(shi)間(jian)長(chang)
，當(dang)用(yong)氧(yang)量(liang)少(shao)時(shi)，多(duo)餘(yu)氧(yang)氣(qi)需(xu)液(ye)化(hua)儲(chu)存(cun)供(gong)以(yi)後(hou)使(shi)用(yong)或(huo)作(zuo)為(wei)產(chan)品(pin)賣(mai)出(chu)，有(you)時(shi)甚(shen)至(zhi)會(hui)出(chu)現(xian)氧(yang)氣(qi)放(fang)空(kong)現(xian)象(xiang)。鑒(jian)於(yu)高(gao)爐(lu)富(fu)氧(yang)用(yong)氧(yang)壓(ya)力(li)低(di)、氧yang氣qi純chun度du要yao求qiu不bu高gao等deng特te點dian，許xu多duo鋼gang鐵tie企qi業ye可ke在zai高gao爐lu附fu近jin建jian設she變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang裝zhuang置zhi直zhi接jie給gei高gao爐lu配pei套tao
，同tong時shi作zuo為wei鋼gang鐵tie企qi業ye氧yang氣qi供gong應ying的de調tiao節jie器qi，如ru企qi業ye深shen冷leng空kong分fen產chan氧yang氣qi有you餘yu量liang或huo不bu足zu時shi
，變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang裝zhuang置zhi可ke隨sui時shi啟qi停ting來lai控kong製zhi增zeng減jian產chan量liang為wei高gao爐lu提ti供gong氧yang氣qi。目mu前qian，許xu多duo鋼gang鐵tie企qi業ye高gao爐lu采cai用yong變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu供gong氧yang後hou
，大da幅fu度du地di降jiang低di了le氧yang氣qi的de使shi用yong成cheng本ben。高gao爐lu采cai用yong變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang作zuo為wei富fu氧yang氧yang源yuan，已yi在zai大da部bu分fen鋼gang鐵tie企qi業ye形xing成cheng了le共gong識shi。

　　二是電爐煉鋼工藝

　　以前國內大部分鋼鐵企業認為電爐煉鋼需要用深冷空分製純氧，而在日本約有60%~70%的電爐煉鋼企業則采用變壓吸附製93%純度的氧氣法煉鋼。理論上電爐煉鋼主要靠電弧熔化來煉鋼，氧氣隻起輔助作用，變壓吸附生產的93%的氧氣完全可以應用於電爐煉鋼。目前，國內如池州貴航金屬製品有限公司、遵zun義yi長chang嶺ling特te殊shu鋼gang有you限xian公gong司si和he瀘lu州zhou益yi鑫xin鋼gang鐵tie有you限xian公gong司si等deng企qi業ye已yi經jing開kai始shi使shi用yong變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang裝zhuang置zhi為wei電dian爐lu煉lian鋼gang供gong氧yang。根gen據ju電dian爐lu煉lian鋼gang企qi業ye反fan饋kui，采cai用yong變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang裝zhuang置zhi為wei電dian爐lu供gong氧yang
，對dui鋼gang材cai質zhi量liang沒mei有you影ying響xiang
，可ke明ming顯xian降jiang低di電dian爐lu煉lian鋼gang的de生sheng產chan成cheng本ben。

　　三是有色冶金行業應用

　　近10年，變壓吸附製氧技術在銅、鉛、鋅等冶煉領域
，得到了很高的認可度。多數有色金屬冶煉工藝對氧的純度要求一般在24%~90%之間，用氧負荷變動也比較大
，而且有色冶煉企業幾乎不需要氮氣。由於變壓吸附製氧技術具備操作簡單、電耗低等特點，十分適合有色金屬冶煉。目前，銅陵有色、zijinkuangyeheyunnantongyedengguoneidabufenyouseyelianqiyejunxuanzebianyaxifuzhiyangzhuangzhizuoweifuyanglaiyuan。baotouhuadingtongyeyouxiangongsisuizhetongchanliangdezengjiayijiliantonggongyidegaijin
，yixiangjijianshele4套變壓吸附製氧裝置，總用氧規模達到25000Nm3/h以上。雲南楚雄銅冶煉廠隨著產銅規模增加，相繼建設了3套變壓吸附製氧裝置
，總用氧規模達到30000Nm3/h。

　　四是化工等行業應用

　　muqian，guoneibufenzhongxiaoxingdanfeichangcaiyongfuyanglianxuzaoqigongyiduiyuanyoujianxiezhiqigongyijinxinggaijin，erfuyangdelaiyuanduoweibianyaxifuzhiyangjishu。fuyanglianxuqihuajishuduimeideshiyongxinggao，tigaolezhiqizhuangzhideshengchannengli

；國內外大部分造紙企業選擇變壓吸附技術來生產氧氣；變壓吸附製氧技術在其他領域也有較為廣泛的應用，例如玻璃纖維行業浮法玻璃和水泥窯爐的富氧燃燒工藝、垃圾焚燒的富氧助燃工藝、汙水處理富氧曝氣工藝以及臭氧等領域。

　　變壓吸附製氧技術的發展展望

　　變壓吸附製氧技術作為近20年nian快kuai速su發fa展zhan的de製zhi氧yang新xin技ji術shu
，隨sui著zhe其qi技ji術shu不bu斷duan的de進jin步bu和he應ying用yong領ling域yu的de擴kuo大da，逐zhu漸jian得de到dao眾zhong多duo用yong氧yang企qi業ye的de認ren可ke。以yi降jiang低di製zhi氧yang能neng耗hao為wei目mu的de
，開kai發fa新xin型xing吸xi附fu材cai料liao以yi及ji嚐chang試shi與yu膜mo分fen離li或huo深shen冷leng工gong藝yi進jin行xing耦ou合he
，通tong過guo優you勢shi互hu補bu，拓tuo展zhan更geng大da的de應ying用yong領ling域yu，是shi未wei來lai變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu的de重zhong要yao研yan發fa方fang向xiang。例li如ru變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu與yu膜mo分fen離li技ji術shu耦ou合he可ke以yi獲huo得de純chun度du大da於yu99%deyangqi，zaipianyuandiquhuoyixiexuyaoyidongshizhuangbeidegongkuangxiakeyitidaidiwenkongfenzhiyang。guoneibianyaxifuzhiyangshengchanqiyerubeidaxianfengdoushifenzhuzhongyanfagongzuo，xiwangtongguobuduanjiadatouruzhengquzaiweilaidefazhanzhongqiangzhanxianji。suizhebianyaxifuzhiyangjishuriquwanshan，bianyaxifuzhiyangjishubijiangjubeiduozhongyoushihejudadeqianli，jiangyongyougengguangkuodeyingyongqianjing。