变压吸附（PSA）制氧技术工作原理

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本文介绍变压吸附（PSA）制氧技术工作原理。

目前市面上大部分制氧机是以空气为原料制备氧气，其基本原理是基于分子筛的变压吸附（PSA）制氧技术，本文针对此技术原理作简要介绍。

1.基础知识

1)分子筛

分子筛顾名思义，类似一个筛子，筛选出想要的分子（这里是氧气），滤除掉不需要的分子（主要是氮气）。市面上大部分分子筛采用的原料是沸石，其外观如下图。实际使用过程中，其通常填充在2个塔型的容器中。

分子筛工作机制为：
在一定的压力下，当空气流经吸附剂分子筛时，空气中的氮气被吸附在吸附剂上，剩余的气体就是高浓度的氧气；当吸附剂吸附饱和时，降低吸附剂分子筛的压力，被吸附的氮气就被解吸出来，而后再次增压，降压，循环操作，以源源不断的产生氧气。
下图为某分子筛吸附能力和压力关系图。

从图中可以看出：
a)随着压力的加大，分子筛对氧气和氮气吸附能力逐渐增强。
b)一定压力条件下，分子筛对氧气和氮气都有一定的吸附能力，只是吸附氮气的能力要比吸附氧气的能力强很多，这也是判定分子筛性能好坏的一个重要指标（选择性）。

2)变压吸附（PSA）制氧技术

变压吸附（PSA），英文全称：Pressure Swing Adsorption。是在一定温度下，根据空气中氧气，氮气在分子筛上不同压力下的吸附量不同，通过改变压力，将空气中氧气，氮气进行分离的循环过程。该方法特点是不需要特定的原材料，有空气即可，产品（氧气）浓度高，一般可达90-96%，技术成熟度高。在医用制氧设备中广泛应用。

2.工作原理

1)气路图

变压吸附（PSA）制氧气路图如下图。

1-过滤器；2-压缩机；3，15-流量计；4，14-压力表；5-电磁阀1#

6-吸附塔1#；7-吸附塔2#；8-节流孔；9，10-单向阀；11-储气罐；12-减压阀

13-氧量分析仪；16-电磁阀2#；17-压力传感器；18-控制板；19-排氮口

基本工作原理：

空气经压缩机压缩后进入分子筛，2个分子筛轮流工作在吸附相，解吸相，均压相，分离后的氧气经过单向阀进入储气罐，经过相关部件到达出气口。

注意：

a)压缩机出口压力要根据分子筛的工作压力区间进行选择，如法国CECA制氧筛N5（医用）型工作压力为130-150kPa。

b)部件5为组合阀，通过对其控制可实现部件6，7连接压缩机或排氮口。

2)工作时序

a)4步法

1’吸附塔1#升压吸附，吸附塔2#降压解吸。吸附塔1#连接压缩机，吸附塔2#连接排氮口。

2’均压。吸附塔1#，吸附塔2#同时连接压缩机。

3’吸附塔2#升压吸附，吸附塔1#降压解吸。吸附塔2#连接压缩机，吸附塔1#连接排氮口。

4’均压。吸附塔1#，吸附塔2#同时连接压缩机。

如此循环操作。

工作时序图如下图。

注意：

均压是一方面为了让预备工作的吸附塔快速达到工作压力，另一方面也可以避免切换过程中输出口压力下降。

b)6步法

1’吸附塔1#升压吸附，吸附塔2#降压解吸。吸附塔1#连接压缩机，吸附塔2#连接排氮口。

2’吸附塔1#降压解吸，吸附塔2#降压解吸。吸附塔1#，吸附塔2#同时连接排氮口。

3’均压。吸附塔1#，吸附塔2#同时连接压缩机。

4’吸附塔2#升压吸附，吸附塔1#降压解吸。吸附塔2#连接压缩机，吸附塔1#连接排氮口。

5’吸附塔2#降压解吸，吸附塔1#降压解吸。吸附塔1#，吸附塔2#同时连接排氮口。

6’均压。吸附塔1#，吸附塔2#同时连接压缩机。

如此循环操作。

注意：

6步法因为多了一步降压解吸，减少了均压时氮气进入下一工作的吸附塔，提高了制氧效率，因此，6步法要比4步法制氧浓度高。

总结，本文介绍了变压吸附（PSA）制氧技术工作原理。