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制氧机的发展历史

鸿利彩票 时间:2014-10-14 作者:管理员

产品研发
我们常说的“制氧机”英文表述为“ Oxygen concentrator ”意思是氧气收集器。按原理市面上常见两种氧气收集器:一种是用分子筛产氧,一种是使用“附氧膜”又称“富氧膜”产氧。
首先应用“富氧膜”的日本松下电器产业公司开发了一项高流量富氧膜的批量生产技术,研制了4种类型不同流量的膜装置,从1986年1月起开始销售该装置。其首先并非应用于制氧机而是富氧空调,上世纪90年代末中国的某公司也希望生产富氧空调引进了富氧膜技术,但由于空气中氧扩散的速度根本不是我们可以想象的快,富氧空调一直只是一种噱头,未见实效。日本人好美容,后来松下针对美容市场开发一台浓度30%流量3升的富氧膜制氧机,投放市场而且受到日本女生欢迎,销量很好。随着小型分子筛技术进步,富氧膜制氧机轻便的优势渐渐消失,虽然松下公司在2008年开始逐步停止了富氧膜制氧机的生产,但松下公司从来未有把富氧膜制氧机用于医疗或保健领域
第一台“分子筛”PSA制氧机,最早是德国德林公司制造的,距今快100年了。上世纪70年代美国的小型分子筛制氧机开始进入家庭氧疗领域,20世纪70年代机器比大部分国产的机器还笨重5升机器差不多要50公斤。和中国不一样,国外(包括美国和印度)做家庭氧疗都用5升机器,原因很简单5升每分钟,5升纯氧吸入到肺部时被扩散混和剩下约41%,(我们知道潜水用氧是50%)这是可以长期适合肺泡交换氧的纯度,肺泡浸润在50%及0.06Mpa以下的氧环境是不会发生氧中毒的,50%的肺氧环境是最为有效的体内氧交换环境而又不会发生氧中毒。(一般低流量或低浓度的氧吸入到肺部已经被被扩散混和到和空气相差无几,这和吸空气是分别不大的)。吸氧压力长期过大会损害肺泡,国外严格控制吸氧压力不能超过0.06Mpa。
噪音也要尽量低于50分贝,以保证其不影响家庭成员的休息。购买家用制氧机,要选择紧缩机排气量足够大的产品,否则长期运转容易磨损,导致气量缺乏和氧浓度衰减。
2003年开始大部分医疗用制氧机采用了PSA(变压吸附)空气分离制氧技术,它是基于吸引剂(沸石分子筛)对空气中氧、氮吸附能力的差异来实现氧、氮的分离。当空气进入装有吸附剂的床层时,氮气吸附能力较强被吸附,而氧气不被吸附,这样可以在吸附床出口端获得高浓度的氧气。由于吸附剂具有其吸附量随压力变化的特性,改变其压力,可使吸附交替进行吸附与解吸操作。PSA制氧原理示意如下图所示。
技术进展
变压吸附分离技术被发明以来,广泛地应用于气体混合物的分离精制。
首先,1958 年,Skarstorm 申请专利并应用此技术分离空气。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。
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。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)。
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。
2-2-1 中国对变压吸附制氧技术的研究
中国对变压吸附制氧技术的开发起步较早,20世纪70年代是中国PSA分离空气制氧技术发展的鼎盛时期,全国有十几个单位相继开展了变压吸附制氧技术的实验研究,建立了数套工业试验设备。这个时期开发的变压吸附制氧设备的共同点有以下几个方面:
⑴大多采用高于大气压吸附、常压解吸流程,吸附塔有两个到四个;
⑵空气进入吸附塔前,经过脱水预处理;
⑶设备可靠性差,不能连续稳定运行,导致大部分设备报废;
⑷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,中国变压吸附制氧技术的开发再次进入低谷。
1995年,昆山锦沪机械有限公司在河南洛阳钢铁厂建成VPSAO 1000Nm3/h制氧机,标志着变压吸附在中国正式进入工业领域,也标志着变压吸附在中国进入高速发展时期。
20世纪90年代是中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,中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,中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。但从整体水平上看,中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。
分子筛变压吸附气体分离和提纯技术是利用分子筛、依靠压力的变化来实现吸附和再生,其再生速度快、能耗低、属于节能型气体分离技术,特别符合在能源短缺的情况下其低品质资源的开发利用的世界潮流。分子筛变压吸附原理的制氧机仅仅利用空气就可以生产纯度在90一95%的氧气,并且其制氧机工艺流程简单、安全、投资少、能耗比较低,因此在中小规模的需要富氧的地方,如2003年以来各级医院的中心供氧系统的氧气气源愈来愈多的选用制氧机产氧,这类设备均采用分子筛变压吸附气体分离和提纯技术获取低成本的氧气。
PSA制氧装置:
原料空气经空气压缩机增压后,空气预处理系统除去油、尘埃等固体杂质及大部分的气态水,进入装有沸石分子筛(ZMS)的吸附塔,空气中的氮气、二氧化碳、水蒸气被吸附剂选择吸附,氧气则穿过吸附塔,氧作为产品气体输出。当吸附塔内吸附剂接近吸附饱和时,压缩空气进入另一只已再生后的吸附塔继续吸附,吸附饱和的吸附塔则通过向大气排气泄压,并引入部分产品氧气对吸附剂床层清洗,使吸附饱和的吸附剂解吸再生,为下次吸附做准备。吸附塔在PLC或DCS系统的控制下循环切换完成连续产氧。氧气经仪表分析计量送用户使用。
VPSA/VSA制氧
在环境温度下,原料空气经过滤器净化进入鼓风机增压,通过空气温度调节系统冷却并维持在某恒定温度进人装有沸石分子筛吸附剂的吸附塔,空气中的水分,二氧化碳和氮气等被吸附剂吸附,不被吸附的氧气在吸附塔富集并作为产品气送入氧气产品缓冲罐,经计量分析台格后送用户使用。
真空解吸 VPSA 制氧机主要原理与变压吸附制氧机原理基本是一样的,不同之处在于分子筛的解吸再生使用了一套抽真空系统。
 

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