协会专家 谭明坚
PSA技术主要产品分类
PSA主要产品包括：制氮制氧以及制氢等，其中制氮 制氧气体来源为空气，制氢原料气包括以下几种：甲醇重整气、氨裂解气、水煤气。
工作原理：任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小；真空解吸实际上也是压力低，吸附能力下降的进一步运用。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。
变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA），实际上PSA空分技术一般还包含变温吸附技术在里面；在实际生产中根据原料气的组成、压力机产品净化要求的不同可选择 PSA、TSA 或 PSA+TSA 工艺。
优点：⑴产品纯度高。⑵一般可在室温和不高的压力下工作，节能经济。⑶设备简单，操作、维护简便。⑷连续循环操作，可完全达到自动化；PSA 装置的消耗仅是照明、仪表用电及仪表空气的消耗，能耗很低。
变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初，并于70年代实现工业化生产。在此之前,传统的工业空分装置大部分采用深冷精馏法(简称深冷法) 80年代以来至今CaX和LiX等高吸附分离性能的沸石分子筛的相继开发利用和工艺流程的改进，使得变压吸附空分技术得到迅速地发展，与深冷空分装置相比，PSA过程具有启动时间短和开停车方便、能耗较小和运行成本低、自动化程度高和维护简单、占地面积小和土建费用低等特点。
广泛的应用于电炉炼钢、有色金属冶炼、玻璃加工、甲醇生产、碳黑生产、化肥造气、化学氧化过程、纸浆漂白、污水处理、生物发酵、水产养殖、医疗和军事等诸多领域四十多年来变压吸附空分制氧技术的研究进展主要表现在两个方面:一是空分制氧吸附剂和其吸附理论的研究方面，二是空分制氧工艺循环过程的研究方面。国内对这项技术的研究尽管起步较早，然而在较长的一段时间内发展相对较缓。直至进入九十年代以来，变压吸附制氧设备的优越性才逐渐被国人认可，近几年各种流程的设备相继投产为各行各业带来了巨大的经济效益。 PSA
置压力损失很小，一般不超过 0.05M Pa。目前国内最大制氮和制氧PSA不超
过100吨/天，相当于3000Nm3/h ；PSA制氢最高可达280000Nm3/h。
由于PSA技术大体相当，在这里只以PSA作为介绍
实际参数
技术参数：
1）型 号： TLN39-400 2）产 气 量： 400.0Nm3/Hr
3）纯 度： ≥99.9% 4）有效耗气量：27.00Nm3/min 5）出口压力： 0.65MPa(可调) 6）露 点： ≤-45℃ 7）功 率：0.5KW 8）进出口管径：DN65-DN80 9）吸附塔材质：碳钢 10)分子筛重量：2450kg
11）外形尺寸：3600X2200X2250mm
12）主机组件：吸附塔、PLC控制器、角座阀、消音器、氧分析仪、椰棕垫、
碳分子筛、氧化铝、压力表、扩散器、氮气工艺罐。
各组成介绍
主要作用为除去空气中水分、油分以及粉尘等固液态的物质。
空气压缩机提供的压缩空气首先通入压缩空气净化组件中，压缩空气先由管道过滤器除去大部分的油、水、尘，再经冷冻干燥机进一步除水、精过滤器除油、除尘，并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化。根据系统工况，天奥空分气体特别设计了一套压缩空气除油器，用来防止可能出现的微量油渗透，为碳分子筛提供充分保护。设计严谨的空气净化组件确保了碳分子筛的使用寿命。经本组件处理后的洁净空气可用于仪表空气。
作为缓冲以及保护作用
空气储罐的作用是：降低气流脉动，起缓冲作用；从而减小系统压力波动，使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件，以便充分除去油水杂质，减轻后续PSA氧氮分离装置的负荷。同时，在吸附塔进行工作切换时，它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气，使吸附塔内压力很快上升到工作压力，保证了设备可靠稳定的运行。
1.3、氧氮分离装置
目前运行较为稳定可靠的为两床技术，主要作用为吸附空气中的氧气或氮气，达到分离的目的，同时吸附少量CO2和H2O.
装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B两只。当洁净的压缩空气进入A塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，A塔自动停止吸附，压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，对并A塔分子筛进行再生。分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2、CO2和H2O来实现的。两塔交替进行吸附和再生，完成氧氮分离，连续输出氮气。上述过程均由可编程序控制器（PLC）来控制。当出气端氮气纯度大小设定值时，PLC程序作用，自动放空阀门打开，将不合格氮气自动放空，确保不合格氮气不流向用气点。气体放空时利用消音器消声使噪声小于75dBA。
作为缓冲以及保护作用
氮气缓冲罐用于均衡从氮氧分离系统分离出来的氮气的压力和纯度，保证连续供给氮气稳定。同时，在吸附塔进行工作切换后，它将本身的部分气体回充吸附塔，一方面帮助吸附塔升压，另外也起到保护床层的作用，在设备工作过程中起到极重要的工艺辅助作用。
目前国内外供氮的方式，一般有以下几种：(1)氮气就地装置供氮；（2）液氮贮槽汽化供氮；（3）管线供氮；（4）钢瓶供氮。
以氮气为例，12瓶/天，20元/瓶 每瓶40L，即0.04M3 液态完全稀饭成标准状态下的体积为0.04X150=6立方米 ，但由于氮气瓶内压力不能完全稀放出来，会有一部分残留在瓶内，所以瓶内实际压力不足150公斤，每瓶氮气可按5 立方米来计算，12瓶氮气，一天平均消耗气量为2.5m³/h,。
如果投资一台每小时可生产的1瓶氮气的制氮机系统，即5m³/h，但其纯度为99.5%，整套系统的总功率为：4.35kw,按照上海电费：0.6元/度，那么制氮机系统一天的电耗量为：4.35X0.6X24=113.04元。
对于投资一套5立方制氮机，1瓶/小时，总价：约4万，七个月可收回投资，而投资一套10立方制氮机，每小时2瓶氮气，总价约5万元，一年可回收。 （纯度不一，价格不一）。
备注：制氮机在使用过程中，只需每隔8年更换一次分子筛。制氮机是自动化的，在生产时不需要专业人员去操作，只需指定人员开停机以及巡视。
2.2选择制氮机时应该注意的问题
首先，在确定具体型号规格前（即每小时产氮量、氮气纯度、出口压力、露点），应着重对制氮机的性能和特点作全面的比较分析，同时要针对自己现有环境条件，作出正确的选择。
第一、从以下几个方面对制氮机进行比较和分析：
１．整套系统设计的合理性；
２．碳分子筛装填技术及压紧方式；
３．控制阀门的使用寿命；
第二、影响制氮机成本的因素：
１．整套系统一次性投资；
２．分子筛使用寿命；
３．使用过程中所需的配件寿命及费用；
４．操作维护、保养费用及电、水、压缩空气耗用量；
第三、影响制氮机稳定性因素：
制氮机是涉及机、电、仪表集一体高科技术产品，在长期使用中设备的稳定尤其重要；制氮机的组成，影响稳定性主要有以下两点：
1）控制阀门
对于变压吸附制氮机来讲，阀门必须具有以下几点性能： a.材质性能好，绝对不漏气；
b.在接受控制信号的0.02秒内完成开或关动作； c.能承受频繁的开、关，保证足够长的使用寿命；
1.1）阀门故障根源
正常的使用情况下，每只程控阀门在每一个周期（120秒左右）必须开关一次，按制氮机每年300个工作日计算，每天24小时连续动行，吸附与解吸周期为4分钟计，那么每只阀门每年需要开、关20多万次。而只要其中一只阀门出现故障都会影响整台设备正常。所以阀门连续使用寿命是制氮机稳定可靠的最重要一环节。
2）碳分子筛是变压附制氮机核心
2.1）碳分子筛性能指标
a.硬度 b.产氮量（Nm3/T-h） c.回收率（N2/Air）% d.填装密度
以上指标碳分子筛生产厂家均已在出厂时注明，但只能作为参考数据，如何使碳分子筛发挥最大效能，这跟每个制氮厂家的工艺流程以及吸附塔高径比有着直接的关系。
2.2） 碳分子筛装填技术
碳分子筛装入吸附塔时必须具备专门的填装技术，否则极易粉化并导致失效，从工艺流程来看，当压缩空气高速从吸附塔底部进入时，如果没有特殊的气体分布器，分子筛受到气流的强力冲击、摩擦，容易造成分子筛的粉化。另外分子筛填入吸附塔内是不可能绝对紧密，在使用一段时间后，分子筛之间的空隙在减小，慢慢下沉，如果没有分子筛自动填补装置和压紧装置，吸附塔上部就会出现明显空间。当压缩空气进入吸附塔下部时，分子筛就会在气流的冲击作用力下，在短时间内发生快速的位移，导致分子筛互相碰撞、摩擦并与吸附塔壁发生撞击，这样就容易使分子筛粉化失效。
2.3）空气中油、水对分子筛的影响
由于空气含一定水和油蒸汽，经过压缩机后，如果不经严格空气净化处理，油蒸汽容易被碳分子筛所吸附，并难以脱附，填塞分子筛孔径，导致分子筛“中毒”失效。所以在压缩空气进入吸附塔前设置严格空气净化装置，是保证分子筛使用寿命必不可少的一环。水对分子筛来讲虽然不是致命的，但会使分子筛吸附“负荷”增加，即影响其吸附O2、CO2之能力，因此压缩空气干燥除水，是提高分子筛吸附能力和稳定不可忽视的问题。
膜分离技术主要是PSA中间分子筛吸附塔部分改为高分子膜，装置的前后部分基本相同，在这里不做详细介绍；一般生产PSA制氮机的厂家，同时具备生产膜制氮机的能力。
结语：
总体上讲PSA的制备技术和膜分离技术在主体的生产上非常的类似，两者同时具备了生产成本低，经济效益好等特点；目前随着国内对工业气体的需求越来越多，人们对经济考虑的因素等影响下，随着工业经济的进一步的发展，会得到越来越广泛的应用。
本栏目侧重解决行业内经常出现的问题，为了方便理解，本栏目以提问和回答模式来解释相关问题，如有漏洞或错误请联系本刊。
1、问： 如何确定液化气体气瓶的充装系数？
答： 根据GB14193-2009液化气体气瓶充装规定5.5常用低压液化气体的
装系数不得大于表1的规定，其他低压液化气体的充装系数不得大于由公式计算
确定的值：
Fr=0.97р（1-C/100）
Fr—低压液化气体充装系数，单位为千克每升（kg/L）
р—低压液化气体在最高液相介质温度下的液体密度，单位为千克每升（kg/L）
C—液体密度的最大负偏差，一般情况，C取0～3。
（信息来源：广东省工业气体行业协会 专家委员会）
2、问：《气瓶充装站安全技术条件》对技术负责人、气瓶充装员的条件要求？
答：气瓶充装站应配备工程师技术职称以上（含工程师）的专职安全生产技
术负责人。气瓶充装站应配备初中或初中以上文化程度并经过专业技术培训和地、市级或地市级以上质监部门考核合格，取得“特种设备作业人员证书”的气瓶充装人员，且每工作班不得少于两名。
（信息来源：广东省工业气体行业协会 专家委员会）
3、问：可燃液体的火灾危险性分类的依据是什么？闪点的含义是什么? 甲醇、乙醇、苯等的合成或精制厂房的火灾危险性是什么？
答：分类依据是《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）。
闪点：在规定的试验条件下，液体挥发的蒸气与空气形成的混合物，遇火源能够闪燃的液体最低温度（采用闭杯法测定）。甲醇、乙醇、苯等的合成或精制厂房的火灾危险性是甲类。
（信息来源：广东省工业气体行业协会 专家委员会）
