空分制氧技术研究
深冷空分制氧VPSA变压吸附制氧技术经济特点比较
深冷空分制氧VPSA变压吸附制氧技术经济特点比较深冷空分制氧技术是通过空分设备将空气分离成氧气和氮气的工艺。
该工艺采用低温分离法，通过冷凝、压缩和膨胀等工艺，将空气中的氧气和氮气分离。
这种技术成本较高，但制氧质量好，稳定性强，适用于高纯氧气的制取。
VPSA变压吸附制氧技术是通过可控变压吸附原理，利用适当的吸附剂，将空气中的氧气和其他杂质分离，从而制取高纯度氧气。
该工艺成本较低，适用于低纯度氧气的制取。
比较两种技术的经济特点，主要从以下几个方面进行比较：1.投资成本：深冷空分制氧技术的设备成本较高，需要大型设备和复杂的处理工艺，投资成本较高。
而VPSA变压吸附制氧技术设备成本较低，可以约为深冷空分制氧技术的一半左右。
2.运营成本：深冷空分制氧技术的氧气纯度高，稳定性好，但能耗较高。
运营成本较高。
而VPSA变压吸附制氧技术的氧气纯度较低，但能耗较低，运营成本较低。
3.产品适用范围：深冷空分制氧技术可以制取高纯度氧气，适用于医疗、化工、电子等行业对氧气纯度要求较高的场合。
而VPSA变压吸附制氧技术适用于一般工业领域对氧气纯度要求不高的场合，如燃烧、氧化等。
4.技术难度和可操作性：深冷空分制氧技术操作复杂，所需技术力量较高。
而VPSA变压吸附制氧技术操作简单，技术难度较低。
综上所述，深冷空分制氧技术适用于对氧气纯度要求较高、投资成本更高的场合，如医疗、电子等行业。
而VPSA变压吸附制氧技术适用于对氧气纯度要求不高、投资成本较低的场合，如工业领域。
在选择制氧技术时，需要考虑到产品要求、投资成本、运营成本等因素，综合权衡选择合适的技术。
化学链空气分离制氧技术
化学链空气分离制氧技术
化学链空气分离制氧技术（Chemical Looping Air Separation, CLAS）是一种利用化学反应的方法从空气中分离氧气的技术。
该技术可以替代传统的空分设备，具有能源消耗低、运行稳定、工艺简单等优点。
该技术的基本原理是利用金属氧化物在不同温度下的还原和氧化反应特性实现空气中的氧气和氮气的分离。
整个过程涉及到两个循环，即氧气循环和燃料循环。
氧气循环中，空气通过氧气生成器，将氧气和剩余的氮气分离。
在氧气生成器中，空气中的氧气与金属氧化物发生反应生成金属和氧气。
然后，通过冷却和压缩等过程，将纯氧气分离出来。
燃料循环中，燃料与金属氧化物反应生成二氧化碳和水。
二氧化碳通过吸附和再生的过程从燃料中分离出来，在再生器中与金属氧化物反应生成金属和氧气。
然后，金属氧化物再回到氧气生成器中进行氧化反应。
化学链空气分离制氧技术具有一定的应用前景。
它可以广泛应用于炼油、化工、钢铁、电力等行业中的氧气供应过程中，提高制氧效率、节能减排。
同时，该技术还可以与碳捕集技术结合，实现高效、经济的二氧化碳捕集和封存。
然而，该技术仍面临一些挑战，如金属氧化物的选择、循环的稳定性等问题，需要进一步研究和改进。
空气分离制氧技术-第11章 制氧分析
制氧分析
表 11-1 指 项 氧含量（体积分数） 目 优等品 10 ≥
-2
标 合格品 99.2
一等品 99.5
99.7
3、原理 取一定量氧气和吸收液接触，在有氨气存在下铜被氧所氧化，生成氧化铜和氧化亚铜。 氧化物再与氢氧化铵、氯化铵作用，生成可溶性的高价铜盐和低价铜盐，低价铜盐吸收氧转 为高价铜盐，高价铜盐又被铜还原成低价铜盐，低价铜盐又和氧反应。如此循环作用，达到 吸收氧的目的，根据气体体积的减少就可以测出氧的含量。 4、试剂和仪器装置 ⑴氯化铵 ⑵25%-28%氨水 ⑶真空活塞脂 ⑷铜丝圈 ⑸仪器装置:水准瓶、吸收瓶、量气管、乳胶管。 5、测定步骤 ⑴准备工作 ①用铜丝圈装满吸收瓶。用小橡皮管把分析器的各部件连接起来，三通活塞涂擦少量真空活 塞脂。 ②往水准瓶里注入混合液，转动三通活塞，使量气管与吸收瓶相通，用水准瓶的升降使量气 管、毛细管、吸收瓶及所有管道充满混合液，共需混合液约 550ml。 ③调节液封瓶中的液面至适当位置，关闭活塞，放低水准瓶，若量气管里液位不降低说明仪 器不漏气。 ⑵测定 ①转动三通活塞，使量气管与大气相通，用水准瓶调节液面至活塞支管最高点，关闭三通活 塞。 ②通过连有橡皮管的取样阀取样，先用大气流吹除阀门及管道 0.5min，再调至分析所需流量 吹洗 1min。 ③将连在取样阀上的橡皮管连接于三通活塞支管上，迅速打开三通活塞使样品气进入量气管， 当稍微超过 100ml 时，压紧连接水准瓶与量气管的橡皮管，迅速拆除取样用橡皮管。升高水 准瓶使其液面略高于量气管中液面，微松橡皮管，使量气管中之液面至零点刻度时再压紧。 ④转动三通活塞，使量气管与吸收瓶相通，慢慢举起水准瓶，使气样全部进入吸收瓶，关闭 三通活塞。 ⑤小心而充分地摇动仪器，经 3min 后，打开三通活塞，将气体缓慢返回量气管，当吸收液刚 进入量气管时，关闭活塞举起水准瓶，使其中的液面与量气管液面对齐，这时量气管里液面
浅论变压吸附空分制氧工艺的改进
的温度和压 力下进 行，在变压吸附制氧过程中， 这个过程 中需要将废气排出 ， 致使 回收下降 ， 吸附剂（ 沸石 分 子筛） 对氮的吸附 是Ｉ 型吸附等温 而真空变压吸附Ｖ Ａ ２ Ｓ ￣ 艺一般采用常压下吸附而
［】 ４滕燕程． 吸附法分 离空气技术进展【． 明化 Ｊ黎 ］
工 ．１ ９ （） ．３ ９ ３１ ：７ １
９１
Ｒ Ｉ ７ Ｗ ０ ＲＬ０ Ｏ Ｎｔ ２０ ４
加 ，但解 吸困难 ，同样 产品气浓度 降低 ，最后 产能力也大打折扣 。为了克服这些缺陷 ，技术人 提出解决办法就是将变压 吸附制氧机放在室内为 员提出丁一种脉 冲性的变压吸附工艺，就是间歇 ０ 引 言 而且有利于延长 式地进行进料、出产品、冲洗以及逆放等过程 ， 氧气在化学工业 中是用途非常广泛的重要原 妥，这样温度不会过高或过低 ， 这样虽然 从微观上看也是 不稳定的，但从宏观层 吸附 剂和 电磁 阀 的使 用 寿命 。 料 ，传统获得氧气的方法主要通过低温精馏法 ， Ｓ Ｉ 艺 提高 了吸附和解析 此 外 ，在Ｐ Ａ法空分工艺 中，真空解吸和 面来讲稳定性高于Ｐ Ａ ２ ， Ｓ 也称为深冷法。但深冷法投资大 ，能量消耗也非 ｒ 吸附剂的利用率 。 均压步骤，对提高产品气纯度和 回收率也极为重 速度，有效的提高 ＿ 常高 ， 操作复杂，适用于大规模制氧领域。变压 ６ Ｓ ｛Ｉ 分离联合工艺 ： ） ＡＮ Ｐ ］ ￣ 早在几十年前人 要 。若想得到高纯度产 品气 ，均压时最好两端同 吸附法（ｒｓ ｒ Ｓ ｉ ｄｏｐｉ ，简称Ｐ Ａ Ｐｅ ｕｅ ｗ ｎ Ａ ｓｒｔ ｎ ｓ ｇ ｏ Ｓ） 们就开始用聚合物膜进行气体分离的研究，随后 是２ 世纪６ 年代才开始出现的技术， 与 ０ ０ 深冷法相 时均压，充压时需要采用纯的非优先吸附 气体 ， 将膜分离法开始用于空分 。技术人员研究了Ｐ Ａ Ｓ 比，具有投资小、能耗较低、操作简单的优点 ， 这二者是提高产品气纯度的有效措施。沸石分子 时 回冲以除去共吸附 膜分离工艺，发现富集塔较贫化塔大时有较好的 近年来得到了快速发展，各国科研 工作者对其研 筛制高纯Ｎ２ ，必须用纯Ｎ２ 分离妓果 ，并将Ｐ Ａ膜分离联合工艺和传统高压 ｓ 的０２ 。另外，对一些Ｐ Ａ Ｓ 空分流程而言 ，操作时 究 也 日益增 多 。 气瓶供应９ ．％氧气的成本进行了对比，发现联 ９５ 间延长 ，产品气纯度提高。 １ 变压吸附空分制氧原理 合工艺的经济价值非常高。 ３ 、变压吸附空分制氧工艺的改进 ＰＡ Ｓ 空分制氧使用的吸附剂一般为分子筛 ， ７ ） 其他一些新型工艺 ：美国专家Ｋ ｌ ｒ ｅ ｅ 提出 ｌ 由于氧气纯度和 回收率对于变压吸附空分制 特别是 ５ Ａ沸石分子筛。由于Ｎ ，０ 分 子的偶极 ２ ２ 了一 个崭新的变压吸附思路，用活塞驱动来改变 基于前面对氧 气纯度和回收率的影 矩 不 同 ，Ｎ２ 子 的偶 极 矩 大 干 ０２ 偶 极 矩 ， 吸 氧的重要性 ， 分 的 Ｓ 艺基本情况是，两 近年来相关 压力使气体分离。活塞Ｐ ＡＴ． 附剂中的阳离子与Ｎ 的作用力大于０ ，使得Ｎ２ 响因素分析 ，为了提高这两个指标 ， ２ ２ 技术人 员对变压吸附工艺过程进行了一系歹ｌ 『 的改 个汽缸分别与吸附床层两端相连 ，通过活塞的移 的平衡 吸容量高于Ｏ ，在中、低压（ ．ＭＰ ） ２ 如０ ６ ａ 动 ，周期地改变吸附床的压力，实现变压吸附。 下分子筛优吸附氮气，从而达到分离氮、氧的 目 进 。 这种单床活塞Ｐ Ａ工艺实际上是一种压力参数泵 Ｓ １ ） 采用同时进行的步骤 ：采用同时进行的步 的。然后通过压将吸附的氮气从吸附剂 中解吸出 工艺 ，它可以替代复杂的多床流程，操作简单 ， 骤。就是要使床层再生过程的步骤尽可能地同时 来，达到吸附 层的再生。 能耗低 ，产率有明显的提高。 进行 ，比如当床层完成吸附后 ，可以跟其它已完 ２ 、影响产品气纯度和回收率的因素 ４ 结语 衡量变压吸附空分制氧工艺先进性的两个重 成再生的床在产品端和进料端同时进行均压，此 随着新 型高效吸附剂的开 发和 工艺的不断 要指标是氧气的纯度和 回收率 。对变压吸附空分 外，充压、均压与逆放、均压与顺放等过程保持 完善 ，Ｐ Ａ￣氧的应用领域逐渐扩大 ， 以低能 Ｓ Ｉ ］ 制氧工艺的改进也是以提高氧 气的纯度和 回收率 同时 一致性等。这样可以缩短循环时间 ，提高装 耗 、低成书生产的低浓 度富氧 ，可 用于金属冶 为 目 ，因此首先需要探究这两个指标的影响因 置的生产能力，有效的改善了装置的性能。 标 炼 、玻璃熔炼和工业与民用锅炉等场合 ，可节能 ２ 均压过程 ：均压 步骤 在Ｐ Ａ工艺中有着 ） Ｓ 素。 １％ １％，开辟了新的节能途径；Ｐ Ａ ０一 ５ Ｓ 法可制取 重要的作用 ， 流程大致是将 已经完成吸附的床层 ２１ ．操作时对称性的影响 不同＿度的富氧产品 ，可替代空气用于各种化学 浓 多塔变压吸附的特征之 一是每一个吸附塔 顺放 出的气体用于 已完成再生床层的充压，并保 氧化工艺 ，从而可减小反应器体积，减少废气处 都经历相同的操作步骤序列，但是在任意一个时 证两床间的压力相等 ，这样 已完成 吸附床层中气 理负荷，降低化学 品的生产成本 ；小型Ｐ Ａ Ｓ 高纯 刻，每 一 个吸附塔又经历不同的步骤，理想的情 体 的较高压力就得到了充分的利用 ，既节约了能 氧生产装置可用于 Ｅ Ｊ ＃ 、医院等特殊供氧场 合。 Ｌ 况是 ，每一个吸附塔在经历相同的步骤时 ，其操 源，对提高产品氧气纯度和 回收率也有着重要的 此外 ，Ｐ Ａ法制氧工艺具有装置紧凑 、一次性投 Ｓ 作参数部是相同的，每一个吸附塔的分离作用也 意义。 资低、 自 动化程度高等深冷法无可比拟的技术优 ３ ） 用纯度高的气体进行清冼 ：在一般的Ｐ Ａ Ｓ 都是相同的。要达到这个 目的，就必须做到每个 势。总之 ，大型Ｐ Ａ空分制氧装置的成功运行 ， Ｓ 吸附塔的管线 、阀门以及吸附剂的填充情况都具 工艺 中，清洗气一般为吸附床层的顺放气体，这 将逐步动摇深冷法制氧的长期统治地位 。 有严格的对称性 ；从操作 上 来看 ，就要求在每个 些 气体往往是先用于均压步骤 ，床 层压力和顺放 循环中气体流率、压力和温度任每个吸附塔中都 气纯度都有不同程度的降低 ，清洗气中带有的部 是 对称 的 ，即所谓 的 “ 操作对称性 ”。在实际 中，系统的仟何扰动 ，如温度 、压力等的细微变 动，都可能会打破原有的平衡状态，导致不对称 性操作，各塔不再在相同的变压条件 Ｆ 操作，或
制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨
制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨摘要：随着现代社会经济发展速度不断加快，氧气在各行业中的作用得以凸显，并且需求量也逐渐开始加大。
在现代工业以及医疗产业中，氧气所具备应用优势也得到凸显。
因此，研究高纯度制氧技术，已经成为现代氧气制造企业所关注的重点。
深冷空气分离法一般情况下能够较好应用于我国制氧企业中，尤其是部分纯度要求较高的大型空气分离技术方面。
本文研究深冷空气分离制氧特点，针对制氧系统中深冷空气分离技术的运动进行深入性探究，以期为现代制氧企业对氧气的制造和提取提供一定参考。
关键词：制氧系统；深冷空气分离技术；运用引言深冷空气分离法作为现代制氧企业最为常见制氧方式之一，也被称为低温精馏法。
从本质上来说，深冷空气法属于一种气体液化技术，研究人员根据空气中各组分沸点的不同，对空气中各组分采取连续多次的部分蒸发和冷凝后获取所需要的纯净氧气、氮气或者是稀有气体。
现代医学和工业行业发展，离不开氧气。
因此，如何制备出高纯度氧气，是现代科学研究的重要课题。
1深冷空气分离制氧的特点1.1对设备材料要求高制氧人员在对空气进行液化处理时，需要采用空气体积压缩及热交换的方式。
因此，制氧企业会对制氧设备的热传导材料提出较高的要求，制造低温设备材料时，需要选用较强耐压能力，并且接口焊接要求较高合金材料。
为防止外源热量传入，选用的热传导材料需要安装保冷箱，设备管道需要采用热绝缘性较为良好的材料对其进行包裹。
此外，保冷箱的填充物则需要选用一些热传导较为惰性的材料。
对此，我们需要注意的是，设备材料不可选用碳钢，这类材料较为脆弱并且无法承担强大的压力，导致制氧设备在运作时出现故障。
1.2杂质组分易产生问题空气中含有一定二氧化碳以及水蒸气，二者凝固点较高，氧气还未被液化时，他们就会逐渐开始成为固态。
在深冷空气分离制氧设备进行运作时，空气中的二氧化碳及水蒸气等杂质组分对管道及阀门出入口进行堵塞，等到精馏时，液态氧无法被分流出来，会对装置的正常运作产生影响。
空分制氧原理
空分制氧原理空分制氧是一种通过物理方法将空气中的氧气分离出来，提高其浓度的技术。
其原理基于空气中氮气和氧气的物理性质不同，在特定条件下可以通过分子筛等材料将二者分离。
空气主要由氧气、氮气、二氧化碳等组成，其中氧气占比约为21%，氮气占比约为78%。
在空分制氧装置中，通过调节压力和温度等条件，可以改变氧气和氮气的物理性质，从而使得分子筛选择性地吸附氮气，并将氧气释放出来。
整个空分制氧装置由压缩机、蓄气罐、分子筛装置等组成。
首先，压缩机将空气压缩至一定压力，然后通过冷却器降低气体温度，使其达到饱和状态。
接下来，将饱和气体送入分子筛装置，分子筛由吸附剂填充，其内部结构具有微孔，可选择性地吸附氮气，而不吸附氧气。
在分子筛装置中，当压缩空气通过时，由于氮气分子较大，无法穿过微孔，而被分子筛吸附下来。
而氧气分子较小，可以穿过微孔，因此可以通过分子筛装置，得到高纯度的氧气。
经过一段时间，分子筛会饱和，此时需要通过冲洗或者改变气流方向来去除吸附的氮气。
在空分制氧装置中，压力和温度是实现氧气和氮气分离的关键参数。
一般来说，较高的压力和较低的温度可以增大氮气的吸附量，从而提高氧气的纯度。
同时，分子筛的材料和结构也会影响分离效果，常用的分子筛材料有分子筛5A和分子筛13X 等。
空分制氧技术在医疗、化工、冶金等领域有广泛应用。
在医疗领域，高纯度的氧气可用于治疗氧气不足引起的各种疾病，如慢性阻塞性肺疾病、心衰、中风等。
在化工领域，氧气可作为氧化剂广泛应用于合成气体、炉窑燃烧等反应中。
在冶金领域，氧气可用于炼钢、炼铁等过程中的氧化反应，提高生产效率和产品质量。
空分制氧技术相比其他方法具有一定的优势。
首先，其操作简单方便，不需要使用化学品或者其他剂剂，避免了污染环境的可能。
其次，空分制氧装置可以根据实际需要进行调节，达到不同纯度要求，具有一定的灵活性。
最后，空分制氧装置体积小巧，可以迅速启动，适用于紧急情况和特殊场合。
然而，空分制氧技术也存在一些限制。
深冷空气分离法在制氧系统中的运用
Technological Innovation6深冷空气分离法在制氧系统中的运用储 波（杭州中泰深冷技术股份有限公司，浙江 杭州 310000）摘要：工业发展过程中，氧气需求量持续增加，其被广泛应用到工业生产领域。
关于氧气应用的研究非常多，本文主要围绕制氧系统展开讨论，重点分析深冷空气分离法应用，仅供参考。
关键词：深冷空气分离法；制氧系统；运用效果空气属于混合物，主要由氧气、氮气、氩气及其他稀有气体组成。
空气分离装置可以将有效的将其中的氮气、氧气及稀有气体从空气中分离出来并制取合格的产品，这些气体应用途径非常广泛，因此空气分离装置也被很好的应用到石油化工、冶金、食品医药等领域。
1 深冷空气分离法空气分离方法，常见的有膜分离法、吸附法及深冷分离法。
其中，深冷分离法因其分离精度高、能耗低、操作弹性大等特点而应用的尤其广泛。
深冷空气分离法是将空气作为原料，通过压缩、净化、热交换，并利用空气中各组分气体沸点不同，采用精馏处理方式，最终可以获得氧气、氮气及稀有气体等。
深冷空气分离法中所需要的的冷量通常采用膨胀机膨胀制冷来获得，同时需要合理选取精馏塔个数，并合理安排各塔间冷凝器及蒸发器的冷源及热源的匹配，如此才能在提取合格产品的基础上提高产品的回收率，降低装置的能耗。
2 深冷空气分离法应用实践2.1 制氧系统工艺流程为了全面提升研究价值，本文以深冷空气分离法制氧（气）系统为主开展研究。
深冷制氧系统主要包含空气过滤压缩、空气预冷纯化、仪控、电控系统等。
具体工艺流程如下：第一，过滤和压缩空气。
通过自洁式空气，可以有效过滤空气中的灰尘与颗粒物。
空气过滤处理后，进入到空压机内进行压缩，之后送至空冷塔。
第二，空气预冷与纯化。
空气经空冷塔（或独立的预冷机）预冷处理后，进入到分子筛吸附器内，利用变温变压吸附的原理将空气内水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质脱除至ppm级，为后续低温分离系统提供合格的纯化空气。
第三，空气精馏。
空分制氧工程技术介绍
空分制氧工程技术介绍一、空气分离制氧的主要工艺及其比较氧气在工业生产和日常生活中有广泛的用途，空气中含有21%（体积浓度）的氧气，是最廉价的制氧原料，因此氧气一般都通过空气分离制取。
■空气分离制氧主要工艺1．深冷分离工艺：传统制氧技术、氧气纯度高、产品种类多，适用于大规模制氧。
2．变压吸附工艺（PSA，Pressure swing absorption）：新兴技术，投资小、能耗低，适用于氧气纯度不太高、中小规模应用场合。
3．膜分离工艺：尚不成熟，基本未得到工业应用。
■变压吸附制氧技术特点——与深冷制氧技术相比●工艺流程简单，不需要复杂的预处理装置；●产品氧气纯度可达95%，氮气含量小于1%，其余为氩气；●制氧规模10000m3/h以下时，制氧电耗更低、投资更小；●装置运行自动化程度高，开停车方便快捷；●装置运行独立性强，安全性高；●装置操作简单，操作弹性大（部分负荷性优越，负荷转换速度快）；●装置运行和维护费用低；●土建工程费用低，占地少。
■深冷空分制氧工艺与变压吸附制氧工艺的比较二、变压吸附空分制氧工艺原理★变压吸附空气分离制氧原理空气中的主要组份是氮和氧，通过选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。
氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩（0.31Â）比氧的（0.10Â）大得多，因此氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强）。
因此，当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。
当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气可以解吸出来，分子筛得到再生并重复利用。
两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。
氩气和氧气的沸点接近，两者很难分离，一起在气相得到富集。
因此变压吸附制氧装置通常只能获得浓度为90%~95%的氧气（氧的极限浓度为95.6%，其余为氩气），与深冷空分装置的浓度99.5%以上的氧气相比，又称富氧。
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空气分离制氧技术的研究摘要：近年来,随着社会工业的发展，化学工业、冶金工业等部门中大量应用氧气，氧气是气体工业中数量最大的品种。
本文首先介绍了空气分离制氧气的三种方法：深冷法、变压吸附法(PSA)、膜分离法，并比较了各自的优缺点，最终选用变压吸附法进行研究。
随着新型吸附剂的开发、工艺不断改进以及控制手段的逐步完善，PSA制氧工艺的技术已有明显提高。
本文又对变压吸附工艺的改进和吸附剂的改进和选型等方面进行介绍，最后对PSA空分制氧技术的发展前景进行展望。
关键词：氧气；深冷法；变压吸附；膜分离；吸附剂；PSA-MS联用在过去的几个世纪里，物质生活水平不断提高和人口不断增长，人类对资源的需求日益增大，同时对环境的破坏也日趋加剧。
如何以最低的环境代价确保经济持续增长，同时还能使资源可持续利用，已成为所有国家新世纪经济、社会发展过程中所面临的一大难题。
我国实施了“科教兴国”和“可持续发展”两大战略，明确了依靠科技、资源节约、生态环境友好、人与自然协调的可持续发展道路，并提出了建设资源节约型与环境友好型社会的重要战略举措。
从物质形态来说，可供人类使用的资源可以分为固体、液体、气体三大资源，其中气体资源是在常温常压条件下表现为气态的物资资源，它包括自然的空气资源、生物气体资源以及工业排放的尾气资源。
气体资源的开发的主导意识主要是空气分离以及根据应用要求直接制备气体。
空气是一种主要由氧、氮、氩气等气体组成的复杂气体混合物，其主要组成有氮气、氧气、氩气、二氧化碳、氖气、氦气等，除了固定组分外，空气中还含有数量不定的灰尘、水分、乙炔，以及二氧化硫、硫化氢、一氧化碳、一氧化二氮等微量杂质。
一、研究意义随着国民经济的飞跃发展和技术进步，工业上对氧的需求与日俱增，应用领域不断扩大。
冶金、化工、环保、机械、医药、玻璃等行业都需要大量氧气。
就冶金来说，无论钢铁冶金或者有色金属、稀有金属、贵金属的冶金，如果用富氧取代空气供氧，冶金炉（或浸出槽）的产量必将大幅度提高，能源消耗显著降低，冶炼（或浸出）时间大大缩短，产品质量提高，这将使生产成本大幅度降低，还可以节约基建投资。
1993年世界工业气体交易的市场价值估计超出200亿美元。
如果将最终用户直接在现场生产的气体包括在内，估计数字则超过300亿美元。
世界各国气体市场的传统增长率比本国生产总值高出1.5～2.0倍。
继续促进这一增长的关键因素包括工业气体在加工业质量和效率改进上所起的重要作用，如节约能量的、环境治理和气体的新应用等。
该市场主要集中在已高度发达的国家和新兴的工业化经济区域。
未来十年预计在亚洲和南美洲的新兴发展中的经济区域有大的市场出现。
1993年世界氧气市场需求统计见图1。
图1 世界氧气市场需求统计尽管工业中使用的气体多种多样，但氧气是气体工业中数量最大的品种。
从世界基本化工产品排名看，氧气排在第四位。
大型跨国公司控制了整个气体工业，近年来更有走向世界联合的趋势。
推动这一趋势是因支持正在进行的技术和商业开发所需的巨额资金需求。
1993年花在气体工业的总资金超过30亿美元。
除日本制氧公司外，各家公司在各自所在同以外的业务占很大部分。
这几家公司加在一起几乎拥有80％的世界市场。
成功发展该项业务的关键在于把重点放在刺激气体需求的应用开发上。
各家公司都在致力于发明气体新的用途和改进气体生产技术上。
氧气用途非常广泛，化学工业、冶金工业等部门中大量应用氧气、据估计1992年全世界共消耗500亿m3以上氧。
在过去20多年里，已经开发了各种各样的氧气应用技术，且成功地应用于许许多多工业生产中。
生产氧气最有效的方法是分离空气。
氧的两个基本商业用途，或是作氧化剂，或是支持和维护生物体的生长，目前，在化工加工和烃类转化方面正出现对氧气需求的增长。
有意思的是在社会需要和氧气需求之间存在着密切关系。
例如，在基础好的发展中同家，用氧炼钢是对氧气需求的主要动力，而另一方面，在发达国家导致氧气需求增长的原因则来自寻求减少环境污染办法上。
氧气本身不燃烧、但具有强烈的助燃性，被广泛地用在钢铁工业、富氧助燃技术、富氧块煤连续气化、氧气漂白、富氧还广泛用于医疗保建、发生臭氧、空调、玻璃熔炼等方面。
氧气顶吹转炉炼钢速度快、产量高、品种多、质量好。
因而氧气在国民经济发展中有着举足轻重的作用。
二、空气分离制氧的研究方法目前工业上常用的空分制氧方法主要有深冷法、变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）法和膜分离（Membrane Separation，简称MS）法三种。
与深冷法相比，后两种方法的操作温度接近常温，因此又将PSA和MS统称为非低温气体分离方法。
在制取高浓度（>99.5%）氧时，一般采用深冷法。
尽管变压吸附法(PSA法)、薄膜分离法等在过去十年中得到了长足的发展，在一定的规模和使用条件下已成了低温法空气分离装置的强劲对手，但是单纯用MS或PSA 方法都难以制得高浓度氧气，主要原因在于膜材料O2/N2、O2/Ar分离系数较低，而PSA吸附剂O2/Ar分离困难。
1、深冷法深冷法全称深度冷冻空气分离法，又称为低温精馏法。
此方法基本工作原理是先将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮组分的沸点的不同(在大气压下氧沸点为90K氮沸点为77K)，在精馏塔板上使气、液接触，进行质、热交换，高沸点的氧组分不断从蒸汽中冷凝成液体，低沸点的氮组分不断地转入蒸汽之中，使上升的蒸汽中含氮量不断地提高，而下流液体中氧量越来越高，从而使氧、氮分离，这就是空气精馏。
此法无论是空气液化或是精馏，都是在120K以下的温度条件下进行的，故称为低温法空气分离。
空气分离设备的始祖是德国卡尔·林德先生，与1903年发明制成世界上第一台10 m3/h制氧机，他用的就是深低温空气分离法即深冷法。
大部分大型工业气体生产工艺依靠从混合气中分离和净化所需要气体，例如从空气中分离氧气和氮气。
所用的分离技术即取决于气体所要求的纯度等级，又取决于必须清除的杂质。
深冷法是高耗资和高能耗的工艺，这些因素几乎占据特定气体生产成本的80％。
该技术已有近百年历史，经过不断改进，现代化生产装置的电耗大约仅为15年前此类生产装置的一半。
近年来进一步改进，使用分子筛处理进气，采用高效透平，降低通过精钟塔的压降等使得能耗和基建费用有所降低。
基本工艺流程如图2所示：图2 深冷空分法制氧基本工艺示意图目前低温法分离空气的主要流程有两种：一是能同时分离氧、氮的双塔流程；另一种是能同时生产氧气、氮气和氩气的三塔流程。
对生产瓶装氧气，一般有两种生产工艺流程：一是外压缩流程，即将低温精馏生产出常压气态氧，通过高压氧气压缩机压缩14.7MPa，通过充灌台充瓶；二是内压缩流程，通过液氧泵将冷凝器中的液氧抽出和加压，经换热器气化复热后，直接通过充灌台充瓶。
深冷空分法制氧是一种传统的制氧方法，一般都用于大规模制氧，由于同时可以生产氮气，所以对于大规模的空分装置，其成本较低。
在世界上大量生产的化工产品中氧气占第三位，主要由空气经深冷精馏的方法来生产。
深冷分馏制氧法曾在国内外的制氧行业中占统治地位，2、变压吸附法变压吸附(简称PSA)法是于1959年由美国埃索公司首先开发成功，随后美国联碳公司将PSA技术用于氢气分离上，实现工业化。
从此，PSA技术应用于各种气体分离方面。
目前，主要有以下几方面：①由空气分离制取氧气；②由空气分离制取氮气；③空气脱湿；④分离纯化氢气；⑤分离提纯二氧化碳、一氧化碳；⑥分离浓缩CH4、C2H4以及用于各种气体的净化方面等。
目前，其应用范围正在大幅度扩大。
PSA制氧技术是近20多年中发展起来并且被市场广泛接受的技术。
变压吸附法是一种新颖的制氧方法，我国研究变压吸附法制氧始于60年代末期，到90年代初期才实现小型装置的工业化，变压吸附法在近十几年来，其在灵活、多变的用氧场合中很有优势，具有极强的竞争力，被迅速普及使用。
变压吸附法即PSA法，也称为分子筛空气分离法。
其基本原理是分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而使空气分离获得氧气。
当空气经过略微升压，通过分子筛吸附塔的吸附层时，氮分子优先被吸附，氧分子留在气相中而成为产品氧气。
吸附剂中的氮组份吸附达到饱和时，利用减压或抽真空的方法将吸附剂表面吸附的氮分子解吸出来并送出界区，从而达到恢复吸附剂的吸附能力。
由于要实现吸附剂的更好解吸再生，所以该工艺在吸附时的压力极低(0.025MPa(G))，基本接近常压。
从上述原理可知，变压吸附空分制氧装置的吸附塔必须至少包含两个操作步骤：吸附和解吸。
因此，当只有一个吸附塔时，产品氧气的获得是间断的。
为了连续获得产品气，通常在制氧装置中一般都设置两个以上的吸附塔，并且从节能降耗和操作平稳的角度出发，另外设置一些必要的辅助步骤。
每个吸附塔一般都要经历吸附、正向放压、抽空或减压再生、冲洗置换和均压升压等步骤，周期性地重复操作。
在同一时间，各个吸附塔分别处于不同的操作步骤，在计算机的控制下定时切换，使几个吸附塔协同操作，在时间步伐上则相互错开，使变压吸附装置能够平稳运行，连续获得产品气。
基本工艺流程如图3所示：图3 变压吸附法制氧基本工艺示意图根据解吸方法的不同，目前的制氧工艺主要有三种形式：变压吸附法PSA(正压吸附，常压解吸)：真空吸附法VSA(常压吸附，负压解吸)；真空变压吸附法VPSA(正压吸附，负压解吸)。
PSA用于投资小、设备简单，但能耗高，适用于小规模制氧的场合，VPSA设备相对复杂，但效率高、能耗低，适用于制氧规模较大的场合，VSA介于二者中间。
变压吸附技术在中小型空分设备中的应用越来越广泛，与传统的低温精馏法产生了竞争。
变压吸附空气分离规模发展趋势向中、大型化发展。
变压吸附法的氧气纯度可以在40％～95％范围内调节，该方法所生产的氧气纯度最高只能达到95.5％O2(此时气相中有4.5％氩气)，所以只适合对用氧气纯度要求不是很高的场合。
3、膜分离法薄膜气体分离技术系在传统工业气体以外成长起来的。
美国道氏化学公司(DOW Chemical)在50年代首创了中空纤维薄膜技术，首先应用在医学领域，由于某些高分子聚合物对不同气体的本身活性具有选择性渗透，使用合适的高分子聚合物制成中空纤维，从而实现空气中的各种气体分离，使人们获得所需要的气体。
薄膜技术目前正在快速发展，特别是用于从空气中分离氮气。
膜分离的基本原理是根据空气中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到气体分离。
常见的气体通过膜的分离机理有两种：一是气体通过多孔膜的微孔扩散机理，包括分子扩散、黏性流动、努森扩散及表面扩散等；二是溶解---扩散机理，包括(1)吸附过程：膜与气体接触，气体向膜表面溶解；(2)扩散过程：因气体溶解产生了浓度梯度，使气体在膜中向前扩散；(3)解吸过程：气体达到膜的另一面，并且膜中气体浓度已处在稳定状态，气体则由另一膜面脱附出去。