30 % ～ 110 % 范围内任意变化等。 变压吸附法生产的氧气可以用于氧化反应，造
纸漂白；氧气顶吹转炉炼钢、高炉富氧喷煤炼铁和 有色金属的冶炼；环境保护，污水生化处理；医疗 保健、家庭氧疗、室内环境、高原补氧、科研氧源 以及养殖业用氧等许多领域。
2 变压吸附技术的发展
变压吸附分离技术被发明以来，广泛地应用于425（2005）06-0007-04
变压吸附制氧技术的发展和应用
田津津，张玉文，王 锐
（西安交通大学能动学院制冷系，陕西西安 710049）
摘要：回顾 了 变 压 吸 附 （PSA） 近 些 年 来 的 发 展 现 状， 并 且 介 绍 了 变 压 吸 附 技 术 应 用 的 领
从 20 世纪 90 年代起，由于电能紧张，变压吸 附制氧又在炼钢等领域占有了一席之地。
3 我国对变压吸附制氧技术的研究
我国对变压吸附制氧技术的开发起步较早，从 1966 年开始研究沸石分子筛分离空气制氧技术；20 世纪 70 年代 PSA 分 离 空 气 制 氧 在 钢 铁、 冶 炼 和 玻 璃窑等工 业 领 域 已 经 得 到 了 广 泛 的 应 用。20 多 年 来，由于技术力量分散，相互之间缺少联络，我国 的变压吸附制氧技术发展缓慢，同国外的差距越来 越大。
表 1 两种变压吸附产品技术性能比较
氧产量 / （m3 / h）
8
5
氧气输出压力 OGSI
/ MPa
专利技术
0.2 ～ 0.4 0.2 ～ 0.5
0.2 ～ 0.4 0.3 ～ 0.5
氧气纯度
OGSI
≥90
≥90
/%
专利技术
≥93
≥93
单位氧能耗
OGSI
/ （kW·h / m3 ） 专利技术
≥2 ≤1.5
5 变压吸附制氧研究的发展方向
5 . 1 大型变压吸附制氧技术［9］ 在我国，采用电炉炼钢的企业有上千家之多，
而我国的电力资源总体上相当紧张，电力供需之间 的矛盾日益突出，而供氧系统还是采用原有的深冷 法系统，供气量远远不足。因此我们需要改进并用 新的系统及方法。20 世 纪 90 年 代 后 期， 我 国 把 高 炉富氧喷煤作为发展钢铁工业节能降耗的重点改造
深冷技术 2334 年第 6 期
田津津，张玉文，王 锐：变压吸附制氧技术的发展和应用
专题综述
发挥了各自优势。同时，膜法—变压吸附法制富氧 的技术也有很大的发展。 4 . 2 装置的改进［7］
日本报道了在吸附塔中分层填装三种吸附剂生 产高纯氧的方法。该法是在塔的上部填装活性炭、 中层 填 装 活 性 氧 化 铝、 下 层 填 装 5A 分 子 筛， 在 0 . 5MPa 压力下 操 作， 其 纯 氧 收 率 大 于 95 % 。 日 本 还开发了沸石分子筛和碳分子筛串联使用的变压吸 附装置，用于除去氧气中的氩，从而得到 99 . 995 % 的氧气。 4 . 3 新型的吸附剂的研究［8］
空的办法解吸。 1960 年大 型 变 压 吸 附 法 空 气 分 离 的 工 业 化 装
置建成。 1961 年用 变 压 吸 附 分 离 工 艺 从 石 脑 油 中 回 收
高纯度的正 构 烷 溶 剂， 并 命 名 为 Isosiv 过 程，1964 年完善了从煤油馏分中回收正构烷烃的工艺。
1966 年利 用 变 压 吸 附 技 术 提 氢 的 四 塔 流 程 装 置建成，20 世纪 70 年 代 后 采 用 四 塔 以 上 的 多 塔 操 作 ， 并 向 大 规 模 、 大 型 化 发 展［4］。
（3） 投 资 和 管 理 费 用 比 较 低 ， 单 位 产 品 能 耗 低 （ 尤 其 是 中 小 型 ）， 气 体 生 产 成 本 低 ；
（4） 产 品 纯 度 可 以 在 一 定 范 围 内 任 意 调 节 。 吸 附装置在常温下运行，不涉及绝热问题；氧气纯度 在 50 % ～ 95 % 之 间 可 以 任 意 调 整， 生 产 负 荷 可 在
Tian Jin-jin，Zhang Yu-wen，Wang Rui
（ Department of Refrigeration ，School of Energy & Power Engineering ，Xi'an Jiaotong University ，Xianning Xi Road ，Xi'an 710049 ，Shaanxi ，P . R . China）
（2） 空 气 进 入 吸 附 塔 前 ， 经 过 脱 水 预 处 理 ； （3） 设 备 可 靠 性 差 ， 不 能 连 续 稳 定 运 行 ， 导 致 大部分设备报废；
（4） 技 术 、 经 济 指 标 落 后 。 20 世纪 80 年代，原 来 从 事 变 压 吸 附 制 氧 装 备 研制单位的开发项目相继中止，我国变压吸附制氧 技术的开发再次 进 入 低 谷。20 世 纪 90 年 代 是 我 国 变压吸附制氧技术突飞猛进向前发展的时期，变压 吸附制氧技术逐渐成熟，有些产品的综合技术经济 指标已经接近国外先进水平。多年的实践表明，我 国变压吸附制氧技术已经走出实验室步入实用化阶 段。在近 十 年 内， 通 过 不 断 地 技 术 更 新 和 研 究 开 发，我国变压吸附制氧技术日新月异，发展迅速， 与世界先进水平之间的差距正在不断缩小。例如西 安交通大学的张玉文老师自主设计开发、并获专利 的小型医用变压吸附制氧技术已经投入生产，并产 生了可观的经济效益，与国外同类产品相比具有相 当的优势。这是一种产品质量稳定、工作可靠、结 构新颖、成本和能耗低的径向进气类紊流智能可调 吸附式富氧装 置 技 术。 该 技 术 与 美 国 的 OGSI 公 司 生产的产品进行性能指标比较，主要指标高于美国 产品，启动时间更短，稳定性更好，而成本仅为美 国产品的 1 / 2 左右，主要性能指标比较见表 1。
域，同时阐明了变压吸附技术在 分 离 空 气 制 取 富 氧 方 面 的 优 越 性， 并 指 出 了 我 国 在 PSA 技 术 研
究领域与国际先进水平的差距及国内外的最新研究成果和进一步开展 PSA 研究的方向。
关键词：变压吸附；制氧；研究；应用
中图分类号：TQ116 . 19
文献标识码：A
Advances in pressure-swing-adsorption oxygen manufacture technology and its application
Abstract：The review of recent advances in pressure swing adsorption（ PSA）is followed by an introduction of the application fields of the PSA technology . The advantages of the PSA in rich-oxygen air separation systems are also analyzed. Finally，we present the latest progresses in the PSA technology at home and abroad，our lagging situation compared with the advanced technology in the world，and the future efforts to make . Keywords：Pressure swing adsorption；Oxygen manufacture；Research；Application
收 稿 日 期 ：2005-03-28； 修 回 日 期 ：2005-05-11 作者简介：田津津 （1978— ），女，西安交通大学，硕士研究生，研究方向：变压吸附制氧。
深冷技术 2005 年第 6 期
Cryogenic TechnoIogy 1 6 2005
·7·
专题综述
田津津，张玉文，王 锐：变压吸附制氧技术的发展和应用
4 国内外的新技术
4 . 1 发展多种分离过程的集成技术［6］ 最近，从事低温设 备 开 发 的 美 国 公 司 Universal
Envirogentics Inc（UEI） 研 制 出 一 种 新 型 空 分 设 备， 兼容并包括了变压吸附和低温精馏两种装置，充分
·8·
Cryogenic TechnoIogy 1 6 2334
≥2.5 1 ～ 1.5
结构尺寸
OGSI 910 × 1200 × 2110 650 × 660 × 1930
/ mm
专利技术 900 × 1000 × 1900 500 × 600 × 1850
该专利技术已经达到甚至超过国际同类技术水 平。但从整体水平上看，我国在很多方面与国际先 进水平仍有一定的差距。如在新型高性能的吸附剂 的研究，吸附流程的改进，理论分析研究和数学模 型的建立，质量监控与自动化控制等许多方面。
首先，1958 年，Skarstorm 申请专利并应用此技 术 分 离 空 气［3］。 同 时， Gerin de Montgareuil 和 Domine 也 在 法 国 申 请 专 利。 两 者 的 差 别 是， Skarstorm 循环在床层吸附饱和后，用 部分低 压的轻 产品组分冲洗解 吸， 而 Gerin-Domine 循 环 采 用 抽 真
1970 年 又 建 成 分 离 和 回 收 氧 的 工 业 化 装 置， 用于环保工业污水处理生化的需要。同时被广泛用 于从石脑油中提取正构烷烃，再经异构化，将异构 化产物加入 汽 油 馏 分 中， 以 提 高 其 辛 烷 的 Hysomer 过程。
1975 年试 制 成 医 用 富 氧 浓 缩 器，1976 年 开 发 了用碳分子筛变压吸附制氮的工艺并工业化，随后 采用 5A 沸石分子筛抽真空制氮工艺。到 1983 年 德 国推出性 能 优 良 的 制 氮 用 碳 分 子 筛［5］。 到 1979 年 为止，约有 一 半 的 空 气 干 燥 器 采 用 Skarstrom 的 变 压吸附工艺。变压吸附用于空气或工业气体的干燥 比变温吸 附 更 为 有 效。1980 年 开 发 了 快 速 变 压 吸 附 工 艺 （ 又 称 为 参 数 泵 变 压 吸 附 ）。