富氧空气的获取（2）

    

二、富氧空气的获取

  

     以某种PSA变压吸附制取富氧空气的系统装置为例。

     其工作流程为，空气经压缩机后进入空气预处理系统。在空气与处理系统内取出其中的油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水后进入装有沸石分子筛的氧氮分离装置（吸附塔）。在氧氮分离装置内，空气中的二氧化碳、氮气、水蒸气等被吸附剂所吸附，而氧气则穿过氧氮分离装置作为富氧空气可供用户。当氮氧分离装置内的沸石分子筛吸附饱和时，压缩空气进入另一只已再生过的吸附塔继续上述的分离过程。而已吸附饱和的吸附塔则通过向大气排气泄压，并引入部分富氧空气对吸附塔内的吸附剂层进行清洗，使原已吸附饱和的吸附剂解吸再生，为继续吸附做准备。由并联、串联的吸附塔组成的氮氧分离装置在控制系统的控制下不断循环切换，来完成连续制备富氧空气。

     还有一种获取富氧空气的方法是采用膜分离技术。膜分离技术也是近年来发展较快的气体分离技术。特别是制取富氧含量在25%~40%的富氧空气时，它与传统的深冷法和变压吸附法相比具有设备简单，操作方便，投资少费用较低的特点。但目前来说造价还是偏高的，随着分离膜制造技术的发展，它的优势也会越来越明显。

     膜法分离的基本原理是利用各种气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下，导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。当含有21%的空气在压力的作用下，透过具有选择性的高分子富氧膜时，由于富氧膜对氧气和氮气的选择性不同，氧气的透过速率大于氮气的透过速率。这样在膜的另一侧就会得到比空气中氧气浓度高的透过气体，也就是富氧空气。不同的富氧膜，其性能也不同，所能获取的富氧空气的含氧浓度也不同。一般来说，通过膜分离法可将空气中的氧气浓度提高到28%~45%。采用膜分离法制备富氧空气的流程如下：空气由通风机经过滤器去除空气中大于10微米的颗粒物后进入膜装置。膜装置由空气均配相、卷式膜组件、真空均分器等组成。卷式膜组件由数根膜分离器组成。膜分离器内装有大量的中空纤维丝。净化后的空气由膜分离器的中空纤维管程进入，在中空纤维内腔与外腔的压力差的作用下，一些渗透速度较快的气体如氧气、水蒸气等，迅速渗透，使腔外形成富氧空气，并由真空泵抽出，由于富氧空气中水蒸气的含量较高，还需进行脱湿处理，然后进入稳压罐，供用户使用。

     气体的渗透系数和分离系数是气体分离膜的主要性能指标，分别表示膜的分离特性和渗透特性，他们都是与膜的材料有关的指标。如果分离膜的渗透系数和分离系数提高了，在膜两侧压差较小时也能获得较高浓度的富氧空气。这样就降低了装置的运行能耗，还可以使整个装置更小型化。

     除了上述富氧膜装置（负压式）外，还有加压式的和加\减压式的三种不同运行方式的富氧膜装置。三种运行方式中，加压式的运行方式能耗最高，是减压式的几倍。而减压式运行的分离膜的面积（膜组件数量）要大大超过加压式。加\减压式则介于两者之间。

     富氧膜的运行情况与其运行条件有着密切的关系。富氧膜装置的运行条件主要包括压比（压差）、回收率和操作温度。操作温度是影响富氧膜选择性的主要因素。一般情况下，提高操作温度会提高膜的渗透性，但也降低了它的选择性，也就是说，温度增加以后透过膜的空气量增加了，但氧气的浓度却是降低了。