深冷空分制氧、VPSA变压吸附制氧技术、经济特点比较
深冷制氧和变压吸附制氧在冶金生产的应用
深冷制氧和变压吸附制氧在冶金生产的应用摘要：我国工业的发展逐步完善，氧气在冶金工业生产中的地位举足轻重。
本文论述了变压吸附制氧法与深冷分离法工艺指标和工程指标的对比，比较了两种制氧法在冶金生产中不同工况下应用的优劣势，讨论了两种制氧法在冶金生产中的应用情况。
关键词：工业制氧；变压吸附法；深冷分离法；指标对比中图分类号：TF05 文献标志码：A 文章编号：在我国的工业发展过程中，氧气是生产中无法替代的原材料，且需求量日益增大。
主要涉及的行业有：冶金、化工、采矿、医药、机械、环保等。
其中对冶金行业的影响最大，无论有色金属还是黑色金属的冶炼，通过制氧、混氧产生的富氧风参与到对金属矿物的焙烧环境中，可在鼓风量不变的条件下提高矿物氧化还原过程的效率，减少焦炭等还原剂的用量。
随着国家对节能减排工作的深入，富氧鼓风技术发展迅速，目前国内主流的工业制氧技术有：深冷分离工艺[1]、变压吸附工艺[2,3]。
两种工艺均趋于成熟，本文就变压吸附制氧工艺的设备配置进行阐述，并与深冷分离工艺的应用作分析和比较。
1 深冷分离法深冷分离法（又称低温精馏法）以空气为原料，先经过滤器将杂质过滤，再通过空压机压缩后送入空冷塔，冷却至9℃左右进入分子筛吸附器将H2O、CO2、乙炔等去除，纯化后的空气随后送入分馏塔。
分馏塔内的空气一部分先经增压机中增压，再被冷却水冷却至常温后进入主换热器，在主换热器内冷却至-100℃左右后送入气体膨胀机膨胀制冷，可为系统提供足够的冷量，膨胀后进入上塔参与精馏；而分馏塔内大部分空气直接进入主换热器，与反流的氧气、氮气等气体进行热交换，冷却至饱和温度后进入下塔参与精馏。
在精馏过程将空气液化成液氧、液氮和液态稀有气体的混合物，并利用各组分沸点不同的特性，通过双级精馏塔的精馏使各种气体分离，从而获得高纯氧、高纯氮和稀有气体等。
深冷分离法产出的氧气纯度≥99.5%，同时也可制取氮气、氩气等特种惰性气体，适用于对高纯度多组份气体应用的领域。
深冷空分法、变压吸附法、膜分离法制氮优缺点对比表
设备相对简单，无需大型设备，易于集成和操作
能耗
高能耗，需要耗费大量电力和制冷能源
中等能耗，需要周期性地调节吸附剂的压力
低能耗，通常使用压力驱动或温度差驱动，较为节能
维护成本
较高，需要保持设备在低温下运行，维护成本较高
中等，需要定期更换吸附剂
低，膜组件相对稳定，维护成本较低
纯度控制
可以获得较高纯度的氮气
纯度受吸附剂和操作控制
纯度受膜材料和操作控制
适用范围
适用于大型工业制氮，需求纯度较高的场合
适用于小型或移动式制氮需求
适用于中小型制氮设备，对纯度要求适中的场合
这张表格概括了深冷空分法、变压吸附法和膜分离法在制氮过程中的优缺点和适用范围。不同的制氮方法适用于不同的场合，取决于所需的氮气纯度、产量、能耗要求以及设备规模等因素。
深冷空分法、变压吸附法、膜分离法制氮优缺点对比表
方法
深冷空分法
变压吸附法
膜分离法
制氮原理
利用空分设备将空气中的氧气、氩气等分离出去，得到高纯度氮气
通过周期性变换吸附剂的压力来实现氮气与氧气的分离
利用半透膜对气体进行分离，通透性较小的氧气被阻隔，而氮气通过
设备复杂度
需要大型的空分设备和低温条件，设备较复杂
深冷空分制氧、VPSA变压吸附制氧技术、经济特点比较
1成都华西约0.497kwh
2北大先锋约0.61kwh
这里计算的能耗以装机功率进行计算，实际运行功率要低些，如我公司杭氧1号深冷空分实际单耗在0.38。
3
安全性
深冷空分由于液氧的存在，有主冷爆炸、空分塔漏液胀裂等危险源的存在，空分运行需要严格管理、精心操作。压力容器较多
深冷空分制氧、VPSA变压吸附制氧技术、经济特点比较
序号
项目
深冷空分制氧装置
VPSA变压吸附制氧
备注
1
总装机功率
1杭氧约18324 kw
2川空约18000 kw
3开空约17800 kw
1成都华西约17390kw
2北大先锋约21440kw
北大先锋比其它4家要高3000kw，需要确认。
2
平均1m3氧气耗电
2北大先锋动力设备均为罗茨鼓风机，气动调节阀，噪音非常大较难处理。
7
产品
可生产液氧、液氩、液氮、氧气、2种压力等级氮气
只能生产氧气
8
投资
1杭氧14545万
2川空12750万
3开空12674万
1成都华西14588.7493万元
2北大先锋13329.15万元
深冷配套空气压缩机按4320万计算
9
装置的可靠性
变负荷范围为75%-105%，氧纯度（高纯氧99.6%）不变
产量基本可以做到15%-100%调节（具体变负荷能力根据选用几套吸附塔系统有关），纯度可在70%-95%变化。
6
噪音
噪音源少且可控，稍加处理即可满足国家规范要求
噪音源多，噪音较大较难处理。
1成都华西动力设备采用离心风机及水环式真空泵，液压驱动阀门，因此噪音相对较小。
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。
变压吸附制氧法与深冷法的比较
!
前言
随着国民经济的飞跃发展和技术进步B 工业上
护和操作人数等进行全面比较，并指出各自的优缺 点和适用范围。最后，简单介绍华西化工科技公司 变压吸附制氧装置的特点。
对氧的需求与日俱增 B 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 （或浸出槽） 金炉 的产量必将大幅度提高， 能源消耗 （或浸出） 显著降低， 冶炼 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。 工业上制氧的方法主要有两种，一是变压吸附 法； 二是深冷法。前者是近期发展起来的新工艺， 后 者属传统方法，两种方法各有千秋，因此用户将会 遇到两者的比较和选择问题，本文就两种方法的工 艺过程、 运行参数、 技术指标、 水电消耗、 基建投资、 经营成本、 技术安全、 占地面积、 建设要求、 操作维
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比较变压吸附制氧法与深冷法
比较变压吸附制氧法与深冷法作者：林子建来源：《科学导报·学术》2019年第30期摘要：近几年来，伴随着我国社会经济的飞速发展，工业对氧需求量日益剧增。
如：煤化工、煤化工相关产业等行业均需要大量氧气。
当前，工业制氧方法主要有变压吸附法及深冷法，该两种方法各有千秋，难以选择。
本文则对变压吸附法、深冷法进行综合比较。
关键词：煤化工；变压吸附制氧法；深冷法；经济性我国自改革开放以来，工业作业支撑我国支柱产业的作用不断凸显。
氧作为工业生产中不可或缺的原材料，随着工业的发展，其需求量也不断增加。
煤化工企业相对于其它企业而言，对氧气的需求量更大。
从钢铁到有色金属、贵重金属及稀有金属的冶炼，依靠富氧来代替空气鼓来冶炼，最大限度提高冶金炉的金属产量，减少能源损耗，缩短冶炼时间，提高冶炼效率。
下面首先分析变压吸附制氧法、深冷法的工作原理，然后探讨变压吸附制氧法与深冷法的具体不同。
一、深冷法与变压吸附制氧法的工作原理深冷法：深冷制氧设备包括空气压缩机组、分子筛净化系统、空气冷却系统及透平膨胀机、分馏塔、换热器等。
在工作中，如果需要回收稀有气体，还需要增加稀有气体分馏设备。
空气经过制氧机组分离后，可获得纯氧及纯氮等纯净稀有气体。
变压吸附制氧法：变压吸附法是当前新兴的制氧法，其装置包括鼓风机及若干个吸附塔、缓冲容器罐及储存罐自己真空泵等，采用的系统为计算机自动化控制系统。
在自动化控制系统下，整套装置可通过变压吸附制氧并贮存[1] 。
在自动化系统控制下，首先，空气需除尘；然后除尘后的空气需经过鼓风机吹到吸附塔中，而吸附塔中有多种吸附剂，使得空气中的大部分吸附剂被吸附在塔内分离出去。
通过此种方法，得到富氧产品，并储藏在罐里。
但吸附剂具有一定期间，在饱和后，应停止空气进入，通过真空泵抽离，可使杂质与吸附剂有效分离开来。
当吸附剂再次进入到不饱和状态下，可为下一轮吸附做准备，确保制氧的连续性，整个过程不再受到人工干扰，有着较高准确性及安全性。
变压吸附制氧
摘要文章就目前最常用的空气分离法----深冷法、变压吸附法在流程费用、产品用途等方面进行了简单比较。
详细分析了1000m3/hO2PVSA制氧机的能耗及气氛成本的计算，在此基础上阐述了PVSA制氧机在一些现场供气领域的优势。
图1表2关键词：真空变压吸附能耗成本比较优势SSS实业氧气广泛应用于化学、冶金等工业生产中，例如，富氧炼铁、炼钢、炼铝、炼锌，其它工业窑炉中用富氧助燃；合成氨工来中富氧块煤连续汽化，造纸行业中氧气漂白及脱木，等等。
目的只有一个，就是简化工艺、节约能耗。
而做为产品氧的生产设备---空分设备，用户可以根据所需氧气的纯度及产量，在深冷法及变压吸附法中选择。
目前，变压吸附制氧主要应用于电炉炼钢用工艺氧、造纸行业中漂白及脱木用氧和医疗用氧等。
变压吸附制氧就是将空气通过分子筛（通常为泡沸石），利用氧、氮分子的直径差异来分离氧、氮以制限氧，这种吸附法为平衡型吸附。
也有利用速度不一样来进行分离的速度型吸附，这种吸附制氧法必须有多塔切换流程（压力升高时吸附、压力降低时解吸），可以实现全自动控制。
1、PVAS与深冷法的比较深冷法空气分离制氧已有近百年的历史，工艺流程不继改进。
现代化生产装置使用分子筛纯化、高效透平、填料塔、内增压等流程和工艺，能耗和基建费用有所降低。
PVA制氧装置是近20多年中发展起来并被市场所广泛接受的技术，PVSA技术开发时间更短。
PVSA两塔真空解吸制氧流程见图1。
PVSA与深泠比较各有特点：1.1流程比较PVSA制氧装置流程简单，设备数量少，主要设备仅鼓风机、吸附塔、储气罐、真空泵和一些阀门。
而深冷空分装置流程复杂，主要设备包括空压机、预冷器、纯化器、换热器、膨胀机、精馏塔、氧压机（或液氧泵）等许多装置。
1.2基建费用PVSA装置设备数量少，基建费用少，对厂房要求也不高。
深冷空分装置设备复杂，安装要求高且周期长，基建投资高，其保冷箱和保冷材料（珠光砂）就需要大量资金。
1.3运行控制PVSA装置能自动无负荷运转，启动时间短，且停车12小时内吸附塔内气氛稳定，重新开车后几分钟就能出产品。
深冷空分法、变压吸附法、膜分离法制氮优缺点对比表
深冷空分法、变压吸附法、膜分离法制氮优缺点对比表全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：深冷空分法、变压吸附法和膜分离法是目前常用的三种制氮技术。
它们各有优点和缺点，下面将分别对这三种方法进行比较，帮助大家更好地选择适合自己需求的制氮技术。
一、深冷空分法深冷空分法是一种通过空分设备将空气中的氧气和氮气分离得到高纯度氮气的方法。
其优点主要包括以下几点：1. 高纯度：深冷空分法可以得到高纯度的氮气，一般可以达到99.999%以上的纯度，适用于对氮气纯度要求较高的应用。
2. 高效：深冷空分法可以在较短的时间内制备大量的氮气，生产效率高。
3. 稳定性好：深冷空分法在稳定性和可靠性方面表现优秀，操作简单，维护成本低。
深冷空分法也存在一些缺点：1. 能耗高：深冷空分法需要通过液氮等冷冻设备来冷却空气，能耗较高。
2. 设备昂贵：深冷空分设备制造成本较高，需要一定的投资。
3. 操作成本：深冷空分设备对操作人员的要求较高，需要专业技术支持。
二、变压吸附法变压吸附法是一种利用吸附剂对空气中的氧气和氮气进行分离的方法，其优点包括：1. 低成本：变压吸附法设备制造成本低，投资相对较少。
2. 灵活性强：变压吸附法可以灵活控制制氮的纯度和流量，适用于不同的应用场景。
3. 节能环保：变压吸附法不需要液氮等冷冻设备，节能环保。
1. 制氮效率低：变压吸附法制备氮气的速度较慢，不适合对氮气需求量较大的场合。
2. 纯度不稳定：由于吸附剂的性能限制，变压吸附法得到的氮气纯度可能不够稳定。
3. 维护困难：变压吸附法设备需要定期更换吸附剂，维护成本较高。
三、膜分离法1. 无需能源消耗：膜分离法无需额外的能源消耗，节能环保。
2. 操作简单：膜分离法操作简单，维护成本低。
3. 适用范围广：膜分离法适用于各种规模的制氮需求，具有很强的通用性。
1. 纯度较低：膜分离法制备的氮气纯度一般不高，一般在95%左右。
2. 流量受限：膜分离法对氮气的流量有一定限制，不适合在氮气需求量极大的场合使用。
深冷法制氧和变压吸附制氧在富氧炼铜中的应用对比讲解
无论是小型或大型应用分子筛制氧装置，其工作
２变压吸删氧法
妻差鎏蒿尊竺磊差筹茎装主篙需鬣主
２．１
厦理
部清除，但并不能够成爆炸危险。而且，变压吸附法
变压吸附法即ＶＰＳＡ法，其基本原理是基于分分离氧气装置是在常温常压下进行，在后续氧气管道子筛对空气中的氧、氮组分具有选择性吸附而使空气和氧气储罐中不可能累计这些爆炸成分，因而变压吸中氧氮分离从而获得氧气。当空气经过压缩，经吸附附装置不存在类似深冷制氧的空分塔那样的危险性。
近１０年来，变压吸附制氧法发展迅速，其在灵活、多变的用氧场合中很有优势，很有竞争力，被迅速普及。从经济性、安全性分析，氧气浓度在９５％以下、制氧规模在１０
０００
ｒｎ３／ｈ（折合纯氧）以下的工业
用氧规模，变压吸附制氧完全可以取代传统的深冷法制氧。
１深冷空气分离法
１．１原理
深冷法是将空气压缩、冷却，并使空气液化，利用氧、氮组成的沸点的不同（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地转入蒸气中冷凝成液体，低沸点的氮组分不断地转入蒸气之中，是上升的蒸气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，故又称为低温法空气分离。深冷制氧法特点是生产量大，氧气纯度高（＞９９．６％Ｏ：），在大型、特大型用氧场合具有优势。
产气成本约０．６元／ｍ３安全性安全性低
可调性气体产品产量、纯度不可调．灵活性差．
经济适用性
篇釜荔暑？类多・气体纯度高＇适用大型或特大型
加压吸附，降压解吸．利用氧氯吸附能力不同达到分离．Ｔ艺流程简单．设备少．投资省．可靠性稍低．常温操作
人工环境学《对深冷法、变压吸附法和膜分离法的认识》
对深冷法、变压吸附法和膜分离法的认识摘要：简要介绍了三种常见空气分离制氧方法——深冷法、变压吸附法和膜分离法的原理、特点、工艺流程、适用条件等方面的问题。
关键词：空气分离制氧；深冷法；变压吸附；膜分离法引言空气分离制氧是采用一定的技术措施将氧气、氮气从空气（混合物）中分离出来的方法。
因此，氧气的制取有物理方法和化学方法两大类，即称为物理制氧和化学制氧。
物理制氧的原料是大气，主要采用深冷法、变压吸附法、膜分离法以及它们之间相结合的方法。
1深冷法深冷法是先将空气压缩、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90 K,氮沸点为77 K )，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气中冷凝成液体，低沸点的氮组分不断地转入蒸气之中，使上升的蒸气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120 K以下的温度条件下进行的，故又称为低温法空气分离。
其工艺流程简图如图1所示。
图1 深冷液化分离法制氧流程简图按图1把原料空气导入空气过滤器进行净化，用压缩机2加压至0. 8M Pa，再导入由可逆式热交换器、透平膨胀机、复式精馏塔等组成的空气分离装置3而生产氧气的。
深冷制氧法特点是生产量大，氧气纯度高(大于99.6% O2)，在大型、特大型用氧场合具有优势。
大多数情况下氧气是由深冷法制取，传统的深冷法制氧具有工艺成熟、运行稳定、可靠性高的优点，但也有投资高、运行成本高及存在爆炸隐患等缺点。
2变压吸附法变压吸附法即VPSA法，其基本原理是基于分子筛对空气中的氧、氮组分具有选择性吸附而使空气中氧氮气分离从而获得氧气。
当空气经过压缩，经吸附塔的分子筛吸附层时，氮分子优先被吸附，氧分子留在气相中穿过吸附床层而成为产品氧气。
当吸附剂层中的氮气吸附达到相对饱和时，利用减压或抽真空的方法将吸附剂分子表面吸附的氮分子解吸出来并送出界区排空，使吸附剂得到解吸重新恢复原有的吸附能力，为下一周期的吸附产氧作准备，两个以上(含两个)吸附塔不停地循环，就实现了连续产氧的目的。
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12
仪控系统
对仪控系统要求较高，控制、连锁复杂，至少有20个控制回路或连锁。要求必须使用成熟的DCS系统。
对仪控要求一般，多数是开关量，使用PLC即可满足使用。
13
风险性
深冷工艺成熟、国内外业绩很多
本套VPSA是国内第一套单机组合规模达35000Nm3/h，有一定的风险性
变负荷范围为75%-105%，氧纯度（高纯氧99.6%）不变
产量基本可以做到15%-100%调节（具体变负荷能力根据选用几套吸附塔系统有关），纯度可在70%-95%变化。
6
噪音
噪音源少且可控，稍加处理即可满足国家规范要求
噪音源多，噪音较大较难处理。
1成都华西动力设备采用离心风机及水环式真空泵，液压驱动阀门，因此噪音相对较小。
0.439kwh，3家差别不大（蒸汽、水损耗未计算在内）
1成都华西约0.497kwh
行计算，实际运行功率要低些，如我公司杭氧1号深冷空分实际单耗在0.38。
3
安全性
深冷空分由于液氧的存在，有主冷爆炸、空分塔漏液胀裂等危险源的存在，空分运行需要严格管理、精心操作。压力容器较多
深冷空分制氧、VPSA变压吸附制氧技术、经济特点比较
序号
项目
深冷空分制氧装置
VPSA变压吸附制氧
备注
1
总装机功率
1杭氧约18324 kw
2川空约18000 kw
3开空约17800 kw
1成都华西约17390kw
2北大先锋约21440kw
北大先锋比其它4家要高3000kw，需要确认。
2
平均1m3氧气耗电
2北大先锋动力设备均为罗茨鼓风机，气动调节阀，噪音非常大较难处理。
7
产品
可生产液氧、液氩、液氮、氧气、2种压力等级氮气
只能生产氧气
8
投资
1杭氧14545万
2川空12750万
3开空12674万
1成都华西14588.7493万元
2北大先锋13329.15万元
深冷配套空气压缩机按4320万计算
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装置的可靠性
相比深冷空分，VPSA不存在主冷爆炸的可能，在运行管理上也比深冷空分简单。
虽然深冷空分的危险源较多，但都在可控范围以内。
4
技术复杂性
设计复杂，操作复杂，仪表自动化程度非常高，对化验分析要求高，操作工素质要求高。
设计技术需求低，操作简单，无需专业化验分析，操作工要求低
5
变负荷能力（适应熔炼车间投料变化的能力）
由于动设备非常少，运行非常稳定
动设备非常多，故障点多，但由于VPSA由多套设备平行组成，即使有维修，一般也不会造成全线停车。
10
启动时间
冷态开车一般需要8-24小时，常温开车需要72小时。
VPSA一般20分钟即可出氧
11
对外供电要求
空压机功率17000KW,启动时对电网的要求较高，如果是独网，很难满足要求。