国产VPSA制氧设备和进口VPSA制氧设备对比
万志国 王志明 范文博
我国对变压吸附制氧技术的开发起步较早,先期作为军品开发,从1966年开始研究沸石分子筛分离空气制氧技术。20世纪70年代是我国PSA分离空气制氧技术发展的鼎盛时期,全国有十几个单位相继开展了变压吸附制氧技术的实验研究,建立了数套工业试验设备。这个时期开发的变压吸附制氧设备的共同点有以下几个方面:
(1)大多采用高于大气压吸附、常压解吸流程,吸附塔有两个到四个;
(2)空气进入吸附塔前,经过脱水预处理;
(3)设备可靠性差,不能连续稳定运行,导致大部分设备报废;
(4)技术、经济指标落后。
由于设备性价比不高,工艺不够成熟,市场开发力度不够,老设备相继停用,新设备找不到市场,20世纪80年代,原来从事变压吸附制氧装备研制单位的开发项目相继中止,我国变压吸附制氧技术的开发再次进入低谷。可以说这之前的国内市场,没有正式意义上的工业化制氧装置,也没有专业的变压吸附制氧设备生产商。
变压吸附制氧的正式产业化从20 世纪90年代起,由于电能紧张,钢铁市场的红火,电炉炼钢配套变压吸附制氧,不仅工程上马快,使用结果也非常好。而电炉炼钢要求的氧气纯度90%,所以作为电炉的配套设备,变压吸附制氧通行的质量要求是氧气纯度90%。
变压吸附制氧的原料是空气,正常的空气成分按体积分数计算是:氮(N2)约占78%,氧(O2)约占21%,稀有气体约占0.939%(氦He、氖Ne、氩Ar、氪Kr、氙Xe、氡Rn,主要为氩),二氧化碳(CO2)约占0.031%,还有其他气体和杂质约占0.03%,如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、水蒸气(H2O)等。由于氧和稀有气体氩分子量接近,不能分离,所以假定空气中所有氮气都被吸附,剩余的氧气也只是占21/22=0.9545,所以业界认为变压吸附制氧最高的理论纯度是95.5%。
80%的氧气纯度源于本世纪初的富氧冶炼和高炉喷煤工艺,用户其实只需要富氧空气,为了降低氧气的提取成本而开发的产品。从设计上来说,1000Nm3/h-90%变压吸附制氧设备相当于1250Nm3/h-80%纯度的设备,相当于800Nm3/h-93%纯度的设备。而85%的氧气纯度,实际上没有任何现实意义,只是有的厂家根据其80%纯度的设备运行时纯度提到85%时,产量没有下降多少而被提出。
进口设备厂商普莱克斯变压吸附制氧技术作为其非低温空分的主打产品, 其技术一直处于领先地位。其变压吸附制氧系统关键设备都有世界上最先进的配套商:
Dresser-roots-真空泵鼓风机世界第一的品牌,罗茨风机的发明者。
Neles-蝶阀世界第一品牌。
ZEOCHEM-世界锂基分子筛的第一生产商。
20世纪初期年邯郸钢厂引进美国Praxair的两套真空变压吸附制氧装置,两套VPSA制氧装置总的生产能力为:总氧气流量8888m3/h,纯氧气生产能力8000m3/h,氧气纯度90%。故如纯度80%时,单套纯氧流量能达到4400Nm3/h。