二、制氧原理及系统设备概述
1．概述
“中航”牌变压吸附（PSA）制氧机是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氧快捷、开关方便、无污染等优点,。本公司生产的“中航”牌CAN系列PSA空分制氧设备广泛运用于石油化工、电炉炼钢、玻璃生产、造纸、制取臭氧、水产养殖、航空航天、医疗保健等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。
2．PSA制氧工作原理：
变压吸附制氧机是以沸石分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氮气，从而分离出氧气的自动化设备。沸石分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的球形颗粒状吸附剂，呈白色。其孔型特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。沸石分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，N2分子在沸石分子筛的微孔中有较快的扩散速率，O2分子扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氮相差不大。最终从吸附塔富集出来的是氧气分子。
变压吸附制氧正是利用沸石分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氧气。
3．PSA制氧基本工艺流程：
PSA制氧机基本工艺流程示意图
空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氮分子被沸石分子筛吸附，未吸附的氧气穿过吸附床，经过左产气阀、氧气产气阀进入氧气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为3~5秒。均压结束后，压缩空气经过空气进气阀、右进气阀进入右吸附塔，压缩空气中的氮分子被沸石分子筛吸附，富集的氧气经过右产气阀、氧气产气阀进入氧气储罐，这个过程称之为右吸，持续时间为几十秒。同时左吸附塔中沸石分子筛吸附的氧气通过左排气阀降压释放回大气当中，此过程称之为解吸。反之左塔吸附时右塔同时也在解吸。为使分子筛中降压释放出的氮气完全排放到大气中，氧气通过一个常开的反吹阀吹扫正在解吸的吸附塔，把塔内的氧气吹出吸附塔。这个过程称之为反吹，它与解吸是同时进行的。右吸结束后，进入均压过程，再切换到左吸过程，一直循环进行下去。
制氧机的工作流程是由可编程控制器控制五个二位五通先导电磁阀，再由电磁阀分别控制七个气动管道阀的开、闭来完成的。五个二位五通先导电磁阀分别控制左吸、均压、右吸状态。左吸、均压、右吸的时间流程已经存储在可编程控制器中，在断电状态下，五个二位五通先导电磁阀的先导气都接通气动管道阀的关闭口。当流程处于左吸状态时，控制左吸的电磁阀通电，先导气接通左吸进气阀、左吸产气阀、右排气阀开启口，使得这三个阀门打开，完成左吸过程，同时右吸附塔解吸。当流程处于均压状态时，控制均压的电磁阀通电，其它阀关闭；先导气接通均压阀开启口，使得这阀门打开，完成均压过程。当流程处于右吸状态时，控制右吸的电磁阀通电，先导气接通右吸进气阀、右吸产气阀、左排气阀开启口，使得这三个阀门打开，完成右吸过程，同时左吸附塔解吸。每段流程中，除应该打开的阀门外，其它阀门都应处于关闭状态。
4．PSA制氧系统设备
制造普通纯度氧气（氧气纯度90%~95%），PSA空分制氧系统由下列设备组成（根据不同用户要求，具体组成可能有所变化）：
空
压
机
®
压缩空气预处理设备
® 制 氧
主机
® 氧气后期净化处理
® 氧气储罐
或
用气点
4．1 空气压缩机
因为PSA空分制氧是通过加压吸附、常压解吸从空气中直接制取氧气，所以空压机是提供气体压缩的动力源。目前广泛使用的空压机主要有螺杆空压机和活塞空压机两大类。这两种空压机各有其特点，都可用于制氧系统。一般来说，螺杆空压机气量损耗少，产气效率高，噪音低，维修量较小，但压缩空气中一般都含油，价格相对较高；活塞空压机现有无油润滑和有油润滑两种，对于制氧系统来说，最好配套使用无油润滑空压机。
空压机的排气量根据制氧机的规格而定。一般为了不使空压机一直满负荷运转，有一定的卸载时间，有利于空压机长期有效使用，在选择空压机的排气量时，螺杆空压机的排气量一般要比制氧机要求的气量大10~15%，活塞空压机一般要比要求的排气量大20~25%。
空压机的额定排气压力最好选择为0.5~0.7Mpa，排气压力过高、过低均不好。
对于地处海拔高度≥500m的地方，选择空压机时要考虑大气压力，请咨询空压机供货商或咨询我公司。
空压机排出的压缩空气中含油量必须≤10ppm w/w，最好使用无油空压机。
PSA制氧系统中设备主要电力消耗就是空压机的功率消耗。
4．2 压缩空气预处理设备
因为制氧主机中沸石分子筛对压缩空气的品质要求很高，而压缩空气中气体温度高，又含有大量的水分和一定的粉尘、油雾，所以在压缩空气进入制氧主机前必须进行除水、除油、除尘等处理，此部分设备主要就是为了此目的。
对压缩空气的净化处理至关重要，这一点请用户千万不要忽视！因为压缩空气净化处理的好坏直接关系到沸石分子筛的使用寿命，从而直接关系制氧机的长期有效使用。一旦沸石分子筛油“中毒”，制氧机将效率下降，指标无法达到正常。
对压缩空气除水主要采用吸附式干燥器。吸附式的无热再生干燥机是采用一种可再生的干燥剂作为吸附剂，利用压力变化、气体膨胀等原理，采用变压吸附分离水分的分离工艺，将压缩空气中的水分除去。
如果要求氧气露点不是太低（≤—40℃常压），则不需要吸附式干燥器；如果要求氧气露点较低（≤—60℃常压），则需配置吸附式干燥器。吸附式干燥器有无热再生和微热再生两种类型，都对气量有一定损耗，一般采用无热再生干燥装置。
对压缩空气除油、除尘主要采用不同类型、不同过滤精度的多级过滤器。过滤器是通过由很多微孔的纤维材料制成的滤芯或活性炭除去介质中的污染物（水、油、微粒、异味），所有过滤器都有除水、除油、除尘的作用，只不过不同类别的过滤器主要功能不同。主路过滤器主要起除尘和除液态水作用；初过滤器主要起一级除油作用；精过滤器主要是进一步除油，使介质含油量很少；活性炭除油过滤器主要是起深度除油和吸附碳氢化合物、除异味的作用。过滤器的配置主要根据空压机排出的压缩空气品质而定。配置太少，压缩空气得不到充分的净化处理，无法达到制氧机对压缩空气的品质要求，这是不允许的；配置太多，固然对压缩空气处理效果好，但会造成管路中气体压力损耗较多，同时也造成成本过高，没有必要。一般来说，对无油空压机，需配置一至两级过滤器，主要是除尘、除水；对含油空压机，则需配置三至四级过滤器。
