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、kekaodegaopinlvyijidakoujingdiefakaifadengdeyijiejue
，guoneibianyaxifuzhiyangjishudechanyangguimozhunianzengda，yangqidianhaozhujianjiangdi，zhuangzhidekekaoxingwenbutisheng。zhuangzhiguigeyecongzuichudedantaoliangtazhiyangzhuangzhiguimobuzu1000Nm3/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
、裝zhuang置zhi建jian設she周zhou期qi短duan以yi及ji安an全quan性xing高gao等deng優you點dian，對dui於yu需xu要yao靈ling活huo使shi用yong富fu氧yang的de行xing業ye
，變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu無wu疑yi可ke成cheng為wei深shen冷leng製zhi氧yang的de替ti代dai工gong藝yi
，其qi應ying用yong範fan圍wei也ye在zai逐zhu年nian擴kuo大da。近jin幾ji年nian，變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang工gong藝yi在zai鋼gang鐵tie、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、yangqichunduyaoqiubugaodengtedian，xuduogangtieqiyekezaigaolufujinjianshebianyaxifuzhiyangzhuangzhizhijiegeigaolupeitao，tongshizuoweigangtieqiyeyangqigongyingdetiaojieqi，ruqiyeshenlengkongfenchanyangqiyouyulianghuobuzushi，bianyaxifuzhiyangzhuangzhikesuishiqitinglaikongzhizengjianchanliangweigaolutigongyangqi。muqian，xuduogangtieqiyegaolucaiyongbianyaxifuzhiyangjishugongyanghou
，dafududijiangdileyangqideshiyongchengben。gaolucaiyongbianyaxifuzhiyangzuoweifuyangyangyuan
，yizaidabufengangtieqiyexingchenglegongshi。

　　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%的de氧yang氣qi，在zai偏pian遠yuan地di區qu或huo一yi些xie需xu要yao移yi動dong式shi裝zhuang備bei的de工gong況kuang下xia可ke以yi替ti代dai低di溫wen空kong分fen製zhi氧yang。國guo內nei變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang生sheng產chan企qi業ye如ru北bei大da先xian鋒feng都dou十shi分fen注zhu重zhong研yan發fa工gong作zuo，希xi望wang通tong過guo不bu斷duan加jia大da投tou入ru爭zheng取qu在zai未wei來lai的de發fa展zhan中zhong搶qiang占zhan先xian機ji。隨sui著zhe變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu日ri趨qu完wan善shan
，變bian壓ya吸xi附fu製zhi氧yang技ji術shu必bi將jiang具ju備bei多duo種zhong優you勢shi和he巨ju大da的de潛qian力li
，將jiang擁yong有you更geng廣guang闊kuo的de應ying用yong前qian景jing。