一、變壓吸附制氧簡介
變壓吸附制氧以其啟動快-能耗低、操作簡單、負荷運轉調整範圍大及維修簡單等特點，已經廣泛應用於有色金屬冶鍊（煉銅、煉鋅、煉鉛、煉金、煉鎳、鈦白粉等）、黑色金屬冶鍊（高爐富氧噴煤煉鐵、電爐鍊鋼等）、富氧燃燒（工業鍋爐、玻璃爐窯、電解鋁）、化工造氣（合成氨、甲醇、乙烯、乙二醇生產等）、醫療領域和污水處理（富氧爆氣）、紙漿漂白、雙氧水生產、化學中各種氧化、水泥工業鐵氧水泥、耐火磚製造、臭氧發生器、水產養殖、碳黑生產、醫用保健等。
變壓吸附制氧已經被廣泛推廣和應用。特別是在今天國家對產業經濟下決心宏觀調控的大氣候下，企業要生存要發展，就要節約能耗、降低成本。而變壓吸附制氧在節省總體投資、減少佔地面積、節約能耗、降低成本上有他獨特的優勢。八十年代以來，隨著變壓吸附制富氧技術的成熟，在無須高純氧氣的場合，變壓吸附法已成為世界上獲取低成本氧氣的主要方法。國內變壓吸附制氧的發展，雖然起步晚，但發展速度卻很快，短短的時間已經完成了裝置從小型化到大型化的發展，並且技術成熟、穩定、先進。隨著新型高效變壓吸附制氧分子篩吸附劑的研製成功和國外新型吸附劑的引進，使國產變壓吸附制氧裝置的能耗指標達到了≤0.35kwh/m3，接近和達到了國外先進裝置的水平。國內已經先後有上百套變壓吸附VPSA制氧裝置投產使用或在簽約製造中，設計和製造能力也已達到35000m3/h純氧，純度≥90%。已經成功運行的最大裝置12000NM3/hO2，能耗是0.35KWh/M3O2，運行平穩可靠，並可變工況調節運行，如產量（大中型裝置）可做多工況調量運行、純度可在65%∽93%之間調整，並且產量調量運行時能耗基本不增加。
變壓吸附制氧分高壓吸附常壓解吸（PSA）和常壓吸附真空解吸（VSA）及低壓吸附真空解吸（VPSA）三種工藝流程。其實三種工藝流程只是操作壓力稍有差異，本質都是一樣的。而低壓吸附真空解吸的VPSA流程能耗標準又是最低的，並且裝置穩定、可靠、經濟、工藝先進，代表著PSA發展的趨勢，所以現在採用的和通常所說的變壓吸附制氧裝置一般都是VPSA裝置。本公司推薦和採用的也是這種VPSA裝置。
本公司依託原在國營制氧機龍頭企業長期工作所掌握的制氧機技術，並經技術人員的進一步開發研究，兼納並容，吸取其他制氧機企業的經驗和教訓，形成了自己的一套新技術、新工藝，技術先進、工藝可靠。VPSA制氧工藝的研究與開發已經成為公司發展的主要方向和重點。公司著力研發新型高效徑向流吸附塔和脫氬工藝，以求VPSA工藝更上一層樓，進一步降低能耗，提高裝置的性價比，提高市場競爭力。
二、變壓吸附制氧的應用
1.變壓吸附制氧在黑色冶鍊中的應用
1.1變壓吸附制氧在電爐鍊鋼中的應用
變壓吸附制氧在電爐鍊鋼方面已經有許多成功的經驗和實例。
台灣和日本約60%∽70%的電爐鍊鋼企業在用變壓吸附制氧法鍊鋼。
在中國用變壓吸附制氧法電爐鍊鋼已經非常普及（如西林鋼鐵公司阿城鋼廠、貴陽特殊鋼廠和江蘇淮陰鋼廠等）
我們分析一下電爐鍊鋼的特點：電爐鍊鋼本身是在用廢鋼為主原料來鍊鋼，電爐鍊鋼主要是靠電弧來熔化廢鋼，氧氣只是在電爐冶鍊過程中助熔和停電吹氧脫碳過程中產生化學熱，來提高冶鍊溫度，因為主要是靠電弧熔化，氧氣只是輔助，因此對氧氣純度要求就不高（實際上電爐鍊鋼不用氧氣也能鍊鋼）。轉爐鍊鋼則不同，主要材料是高爐鐵水，高爐鐵水進入轉爐后必須吹入高純度的氧氣充分燃燒除去鐵水的中Si、S、P、Mn等雜質，才能還原成鋼水。由此可見在轉爐鍊鋼中氧氣的作用非常大，所以對氧氣純度要求相對較高。有資料顯示，轉爐鍊鋼要有99.2%純度（合格品）的氧氣（一般深冷制氧機把氧氣純度都做到了優質品級99.6%）。但是沒有任何資料顯示電爐鍊鋼必須要有99.2%純度的氧氣。本公司常年從事制氧機方面的製造供應和安裝調試工作，與全國多家鋼鐵設計院都有密切的工作聯繫，對於這個問題，本公司諮詢過有關專家，得到的答案是變壓吸附可以進行電爐鍊鋼，同相關的理論資料一樣，沒有說必須用99.2%純度的氧氣才能電爐鍊鋼。實際上多家在用變壓吸附制氧鍊鋼的廠家，現場使用的氧氣純度都是91%～93%之間。
有投資者提出：「變壓吸附制氧純度較低，能不能煉特鋼？」
電爐煉特鋼和煉普鋼前面的過程都是一樣的，都是在電爐中靠電弧融化廢鋼，吹氧助融和斷電吹氧脫碳，吹氧的過程是在電爐中完成。精鍊這道工序不需要吹氧。在電爐中加入其他配料，以改變鋼的成分，獲取需要的鋼種。所以電爐煉特鋼與煉普鋼本質上對氧氣的要求是一樣的。
有投資者說，我們的鍊鋼品種中有船舶用鋼，用低純度氧冶鍊含氮量可能要超標，引起鋼質發脆。變壓吸附能產生93%以上的氧氣，4%的氬氣，還有1～3%的氮氣，氬氣對鍊鋼是沒有壞處的，這1～3%的氮氣含量對某些品牌的特種鋼可能會造成含氮量超標。國家對耐低溫衝擊用鋼比如船舶用鋼和油井管的含氮量有明確規定，要≤70ppm，對常溫狀態使用的合金鋼如彈簧鋼、軸承鋼、無縫鋼管等都沒有明確的規定（對普鋼更沒有規定）。而我們的電爐鍊鋼廠大多是不煉耐低溫衝擊用鋼的，因此變壓吸附冶鍊特鋼的範圍應該是很廣闊的。即便是企業根據市場需要要冶鍊一部分耐低溫衝擊用鋼，擔心含氮量超標，也可以把原有的準備用於「火切」的低溫制氧機或低溫液槽切換一部分氧氣過來，完成臨時冶鍊任務。實際上控制含氮量超標很大程度上是在生產工序控制上，而不在氧氣純度上。比如爐料清理的乾淨程度、生鐵塊（或鐵水熱裝）的添加量大小等。本人曾到過我國某家大型的電爐鍊鋼廠，這家鋼廠一直在用變壓吸附制氧設備做為主打機組冶鍊特鋼，使用氧氣純度≥92%。該廠所煉特鋼（比如17Cr2Ni2H、GCr15、40MMoV等）含氮量一直控制在80ppm左右，比較理想，產品也一直佔據著全國相當大的市場份額。該廠生產技術部門告訴我們，他們主要在生產工序控制上做的比較好，並不存在為了提升氧氣純度而採取了什麼特殊的措施。實際上大多數電爐鍊鋼廠冶鍊特鋼的份額比較多，普鋼據少，特鋼冶鍊重視數量的同時更注重品質，主要是注重產品的附加值，多數廠家也是按單量產，因此它的特點決定了多以間斷生產為主，這種狀況下採用變壓吸附制氧設備經濟性顯得尤為突出。
1.2高爐富氧噴煤煉鐵
實際上早期使用變壓吸附制氧裝置最多的就是高爐煉鐵。包括國外的變壓吸附制氧裝置打入中國最早的領域就是電爐鍊鋼和高爐煉鐵，比如韶關鋼廠和邯鋼就是最早最先採用國外變壓吸附制氧裝置來進行電爐鍊鋼和高爐煉鐵。高爐煉鐵採用大噴煤和富氧至23%~24%能顯著提高焦爐比，節省焦炭，提高煉鐵效益。高爐富氧噴煤煉鐵採用的氧氣純度要求不高，80%的氧氣再通過鼓風機鼓風混氧至23%~24%，形成富氧空氣，就滿足了富氧噴煤的要求。如果採用深冷制氧機用於高爐富氧噴煤煉鐵就要加大鼓風機功率，加大鼓風量，把99.6%的氧氣通過鼓風機鼓風混氧至23%~24%，同樣達到了富氧噴煤的目的，但是加大的鼓風機功率就白白浪費掉了，顯得經濟性就差一些。
1.3關於變壓吸附制氧鍊鋼的氧氣用量探討
我們再討論一下投資者關心的用變壓吸附制氧鍊鋼氧氣用量的問題。
實際上，只要保持氧氣量供應充足，保持氧槍輸出壓力穩定不波動，對鍊鋼速度和氧槍消耗都沒有與使用深冷法制氧明顯的不同。這是本公司調研了多家電爐鍊鋼廠獲得到的反潰資料。只是純度低了一些，單位用氧量比深冷法要稍微大一些。這個增大的氣量，也是93%純度的氧摺合到100%純度的氧而需要多加的量，即與深冷法近乎等同規格裝置須增加的量，而多加的氣量因為屬於氧槍噴嘴調節的範圍也不會使吹氧速度降低，進而滿足與深冷法同樣的鍊鋼速度要求。以6000NM3/hO2空分為例，深冷法純度是99.6%，產量是6000NM3/hO2，變壓吸附純度是93%，氣量就要做到6500NM3/hO2，摺合成99.6%的純度氧后，產量就是與深冷法等同的6000NM3/hO2。
2.變壓吸附制氧在有色冶鍊中的應用
隨著國家產業結構的調整，有色冶鍊在近幾年發展很快。在採用氧氣底吹煉鉛、煉銅、煉鋅、煉銻的工藝流程中和氧氣浸出煉金、煉鎳工藝的冶鍊廠中不少廠家已經開始使用變壓吸附制氧機。
鈦白粉生產線也可以採用富氧在高溫高壓下與TICL4反應生產鈦白粉PIO2（使用氧氣純度≥90%）。
下面著重談談變壓吸附制氧機在富氧底吹煉鉛工藝上的應用
設計院在四年前的富氧底吹煉鉛工藝中關於制氧機提出的要求是95%純度的氧氣，95%純度的氮氣。這個95%純度的氧氣正是現階段變壓吸附制氧機的極限。這個門坎的設定限制了變壓吸附制氧機的使用範圍。通過多年來的實踐，現在設計院提的參數是85%純度的氧氣，90%純度的氮氣。這個純度試驗已經在一些冶鍊廠的實際操作中得到佐證。說明設計院對變壓吸附制氧機的態度已經是務實和認可。筆者四年前在某家煉鉛公司看到設計院關於制氧機的推薦：「深冷機運轉可靠；變壓吸附需定期補充分子篩。採用變壓吸附制氧機需要兩套裝置。」設計院的推薦中沒有出現「變壓吸附制氧不能採用」的字眼。設計院認為變壓吸附產品單一，能制氧不能同時制氮，煉鉛爐氧槍噴射同時要用氮氣保護，要制氮需要再上一套裝置。設計院的觀點是基於對原來變壓吸附制氧機概念上的觀點，實際上變壓吸附制氧的技術發展是很快的，可靠性問題主流是肯定的。制氮也不一定需要上第二套裝置，變壓吸附制氧可以利用真空泵解吸出的氮氣再做少量回收處理，回收氮氣的產量和純度也能達到保護氣的要求，並且回收氮氣增加的能耗加上制氧的能耗也低於同等產量深冷機的能耗指標。尤其體現在中小型變壓吸附制氧設備上，這樣做氮氣回收處理更有可操作性。
我們常常可以看到這種現象，新上項目試車階段和項目完成以後種種原因不能滿負荷生產，頻繁開停製氧機，這對深冷機來說不僅造成水電浪費，而且還有損設備壽命。實際上大家都知道有色冶鍊需要混氧鼓風，不需要純度太高的氧氣，採用變壓吸附制氧機應該是很合適的，既方便操作，又減少了電費，既經濟又實用。
深冷機和變壓吸附制氧機只是適用場合不一樣，用戶應該從自身經濟和實用角度考慮選擇機型。
3.變壓吸附制氧在富氧燃燒領域中的應用
空氣中氧氣含量為≤21%。工業鍋爐及工業窯爐燃料的燃燒也是在這樣空氣含量下進行的工作。實踐表明：當鍋爐燃燒的氣體氧氣量達到25%以上時，節能高達20%；鍋爐啟動升溫時間縮短1/2-2/3。而富氧是應用物理方法將空氣中的氧氣進行收集，使收集后氣體中的富氧含量為25%-30%。將這部份的富氧氣體以二次風的方式送入鍋爐或窯爐，可增加爐內整體或局部氧氣含量，減少爐內整體空氣過剩係數，有效降低由於空氣過剩係數大時過剩的空氣係數將熱量帶走，降低排煙溫度。由於富氧的增加，可以提高著火的條件，燃燒完全，在節能的同時也保證了環保的效果，符合國家節能減排的要求
3.1富氧助燃技術的優點：
3.1.1增加熱能利用率，提高火焰溫度，從而達到節能降耗的目的。例如：玻璃窯爐可節能5-15%，提高產量5-10%。工業鍋爐可節能5-15%。
3.1.2降低空氣過剩係數，減少排煙量，降低排煙黑度，減少環境污染。
3.1.3設備整體性好，安裝方便，效果好，投資回收快。
3.1.4安裝周期短，見效快。
3.2富氧燃燒應用的範圍
3.2.1工業燃燒鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐
3.2.2垃圾焚燒爐
3.3.3窯爐：如玻璃窯爐、水泥爐、陶瓷爐
3.3.4化工脫硫回收制酸
3.3.5硫酸鹽纖維素（牛皮紙纖維素）的生產
3.3.6水泥工業中鐵氧水泥、耐火磚製造等
富氧煉鋁：日本三井氧化鋁製造公司試驗高爐煉鋁技術，始於1975年，到1980年已在實驗室製得純度99.9%的高純鋁，1981年11月20日獲准日本專利。高爐煉鋁所用的熱風，可使用富氧空氣，即在空氣中加入4%以上的氧。富氧空氣經熱風爐預熱，從高爐下部第一風口噴入。到1984年，已完成1m3實驗爐和噴吹能力為每小時噴吹240公斤粉煤以及每小時可將100m3氧氣預熱到500℃的預熱設備。
4.變壓吸附制氧在化工造氣中的應用
我國合成氨、尿素產業也已經採用變壓吸附制氧產生富氧造氣。目前為止，型煤技術以及富氧連續氣化還未能在全國同行業全面推廣，但是富氧連續氣化的優勢是存在的，對合成氨工業的發展也是具有意義的，尤其中小氮肥廠採用型煤+變壓吸附制氧+富氧連續氣化組合模式對間歇制氣合成氨工藝進行改造的發展前景是樂觀的。合成氨富氧連續氣化需要的氧氣純度大約50%左右。
變壓吸附制氧在煤制甲醇（德士古水煤漿加壓氣化）中已經得到廣泛的應用，不少煤化工企業已經不單單純粹從環保的角度而使用變壓吸附制氧，而是讓它真正產生經濟效益，既環保又節煤而且增加甲醇產量，而這個環節使用的富氧純度只要50~60%就夠了。
還有乙二醇、藥物中間體等化工項目也在使用變壓吸附制氧設備。
石腦油分解、碳黑生產也可以使用變壓吸附制氧設備。
5.變壓吸附制氧在造紙中的應用
造紙工業氧氣蒸解、漂白、黑液氧化等也需要變壓吸附制氧機。
隨著國家對造紙工藝環保要求的升級，對紙漿（包括木漿、葦漿、竹漿）白的要求也越來高，原來採用有氯漂白的紙漿生產線要逐步改造成無氯漂白紙漿生產線；新上紙漿生產線要求採用無氯漂白工藝，紙漿漂白也不需要高純度的氧氣，採用變壓吸附制氧機生產的氧氣符合要求，既經濟有環保，所以造紙業採用變壓吸附制氧也有著廣闊的前景。
三、變壓吸附制氧機與低溫深冷制氧機對比
本文選用6000NM3/hO2和3600NM3/hO2兩檔常用的制氧裝置對變壓吸附制氧機與低溫深冷制氧機做一個使用和經濟性對比
1.經濟性對比
1.1.6000NM3/hO2空分制氧裝置對比
6000NM3/hO2空分制氧裝置，低溫深冷法制氧電耗為0.52KWh/M3O2，啟動時間36h；變壓吸附制氧電耗為0.35KWh/M3O2，啟動時間0.5h；年開工率按8500h計算，我們可以直接計算出用變壓吸附每年比低溫深冷法節電：（0.52-0.35）X6000X8500=8670000（KWh），電價按0.56元/KWH計算，每年節約8670000X0.56=4855200元，即約四百八十六萬元。這是每年運行節約的電費，如果加上水耗、裝置啟動和停車費用、氧氣放散損耗、維修費用、備品備件、人工工資及貸款利率等方面的費用，每年變壓吸附制氧運行成本要比低溫深冷法運行成本節約資金五百八十萬元以上。請注意，我們電耗的計算是同等規格裝置摺合成100%純度氧的電耗，如果低溫深冷法99.6%的純度摺合成100%純度氧的話，能耗又要在0.52KWh/M3O2基礎上增加4%。由此可見兩種制氧方法能耗差異。
1.2.3200NM3/hO2空分制氧裝置對比
3200NM3/hO2一擋的空分裝置比照以上的計算方法，低溫深冷法的電耗為0.55KWh/M3O2，變壓吸附每年比低溫深冷法節電：（0.55-0.35）X3200X8500=5440000（KWh），摺合人民幣約節約三百一十萬元，加上以上計算的各種費用節約，每年變壓吸附制氧運行成本要比低溫深冷法運行成本節約資金四百二十萬元以上。
2.檢修對比
變壓吸附在設備開停機和機組檢修方面也比低溫法制氧機有優勢。
以上我們只是做了兩檔空分裝置運行成本上的比較，實際上變壓吸附開機只需要0.5h，檢修也能在很短的時間完成，一般情況也不需要花費整天的時間。而低溫制氧機開機和停機（加溫吹除）都要36h；機器故障和分餾塔故障檢修也要花費很長的時間，特別是大扒砂和裝砂更要花費大量的人力物力。
長期使用低溫制氧機的單位認為低溫制氧機穩定性好，一開起來就什麽也不用管了；而變壓吸附則穩定性不好，閥門經常卡住，影響生產連續性。客觀講，現在的低溫制氧機也不是「一開起來就什麽也不用管了」，閥門、儀錶和機械設備也一樣存在故障率。今天的變壓吸附也不是「閥門經常卡住，影響生產連續性」。閥門卡住現象多是儀錶氣源的潔凈程度影響到了閥門執行機構中的電磁閥的開啟，解決了儀錶氣源的潔凈問題也就解決了電磁閥的堵塞現象。這樣的「電磁閥的堵塞卡住現象」一般三個月左右會出現一次，清理時間有十幾分鐘就可以了。
3.投資對比
裝置上馬後總體上的投資變壓吸附法也比低溫深冷法節省一些。因為採用變壓吸附法佔地面積、土建施工和設備數量都有節省，在這上面低溫深冷法是不具備優勢的。
有投資方提出專用分子篩價格偏高，1t就要十幾萬，雖然10年一更換，但更換費用也很大。我們簡單比較一下：6000NM3/hO2空分制氧裝置，變壓吸附運行一年節省580萬，運行十年就節省5800萬，更換一次專用分子篩花費1000多萬，還節省下4000多萬；低溫制氧機按現在普遍採用的4小時切換流程平均4年更換一次分子篩，運行10年更換分子篩費用約38萬，更換費用是少，但是低溫機運行10年要多花費5800萬運行費用，這個經濟賬已經很明白了。
根據國內在用的制氧機評價材料證明,5000NM3/hO2以下制氧機，低溫法制氧機除了有可生產副產品液體的優勢外相對變壓吸附優勢已經不明顯。而根據現國內陸續投產的幾套大型變壓吸附制氧裝置使用資料顯示，10000NM3/hO2以下制氧機組，低溫制氧機與變壓吸附也是優勢互存。但在裝置大型化上低溫制氧機的優勢還是明顯的，國內已經能做到83000NM3/h，國外也已經能做到100000NM3/h。變壓吸附因為受主機製造質量和容量的影響，也受大口徑切換蝶閥製造難度和新型高效吸附塔開發研究滯后等原因影響，目前還做不到這樣大的裝置。特別是新型高效吸附塔的研究，有待進一步突破。高效吸附塔一旦有突破的話對裝置大型化會有革命性的幫助，並且還會對國外製造商的變壓吸附制氧機產生不小的衝擊。在這方面國外製造商已經走到了前面，國內同行也已經在嘗試了，但工業化的報道還沒有見到。另外專用分子篩吸附劑也需要進一步開發研究，降低成本，提高性能，降低能耗，提高性價比。還有大家都面臨的一個重要課題，就是儘快研究出脫氬新技術和新方法，能早一天進入可操作階段，就會使氧氣純度得到顯著提高，變壓吸附裝置就會上一個新台階。如果在脫氬技術上能實現突破，變壓吸附就會對低溫深冷機產生嚴峻的挑戰，它的使用市場也就會更加廣闊。
四、關於變壓吸附制氧機的穩定性
隨著變壓吸附制氧越來越多的使用，一些單位對變壓吸附制氧的穩定性提出了一些質疑，特別是一些長期使用深冷制氧機和從事深冷制氧機製造的單位認為變壓吸附制氧穩定性差，連續性差。我們針對這些疑問做些分析。
穩定性問題不外乎兩方面：
1.產量和純度的穩定性
1.1分子篩性能影響
一些單位反映說變壓吸附產量和純度使用會越來越低，我門認為可能出現的這種情況，與使用分子篩的質量、工藝裝備水平及用戶的操作都有一定的關係。
筆者曾參觀考察過一些在運行的國內和進口的變壓吸附制氧設備,發生這種現象的裝置中，使用分子篩的質量佔據主要地位。分子篩是變壓吸附的核心，分子篩性能優略和使用壽命的長短對產量和純度的穩定性影響是直接的。
比如採用老5A分子篩的設備，問題就稍顯突出些。使用年限和壽命比現在普遍採用的LIX分子篩就差了許多。有的用戶本身上項目追求的就是短期效應，只求低價，上馬快，設備早投產早見效益，就採用5A分子篩，不考慮運行成本和後期產量的穩定性問題，這種選型的設備穩定性就差一些。
採用LIX分子篩的用戶是佔了大多數的，特別是在大中型設備上，它的優勢比較明顯。採用LIX子分子篩，可以提高氧氣提取率，有效降低能耗和減少分子篩的使用量，設備數量和佔地面積也在減少，可靠性和經濟性都比較強。因此採用5A分子篩的設備市場佔有率在逐漸縮小,採用LIX分子篩的設備在佔據主導地位。
即便採用的都是LIX分子篩，因為製造工藝和配方的不同，性能指標也有所不同。這在國內運行的設備中已經看到了使用效果上的差異，從用戶反饋回來的信息中也得到了印證。即便是國外的專用LIX分子篩也需要在性能質量和使用壽命上下些功夫，在筆者看到的國外設備中也同樣存在分子篩壽命的問題。它昂貴的價格使得用戶在添加或更換它的時候顯得猶豫，用戶希望分子篩壽命不只是十年，應該更長。所以提高分子篩性能也有助於提高產量和純度的穩定性。
1.2閥門可靠性
閥門頻繁切換，密封圈的使用壽命等對產量和純度的穩定性也有影響。閥門長期使用，有時候也會產生執行機構開啟不靈活，閥板關不嚴，或者密封圈達不到使用壽命要求，提前產生磨損而導緻密封不嚴等現象，這些原因會引起泄露，導致保壓保不住均壓均不了，引起工況不穩，影響產量和純度的穩定性。儘管在長期的運行實踐中針對發生的問題做了不少改進，但是不管是國產閥門或者中外合資的閥門也都還是存在一個穩定性的問題。即便是原裝進口的閥門在這樣頻繁切換使用的環境里也存在一個穩定性的問題。
1.3吸附器分佈器分佈均勻問題
我公司在吸附器分佈器上採用的結構型式，經過長期的使用檢驗證明效果很好，氣流分佈合理、均勻、穩定。
我公司在吸附器的前部使用了非均勻的分級吸附床載體以使氣體均勻流動到吸附床上。為引導氣體朝吸附器的邊緣部流動以促進氣流均勻流動到吸附床上，進口氣體分佈器的開口面積也是不同的從含較易吸附組分和較難吸附組分的原料氣體混合物中分離較易吸附組分的吸附系統，承載所述吸附床的位於吸附器前部的分級床載體，將原料氣體混合物通入位於所述吸附器前部的進口氣室進而導入到所述分級床載體的裝置，均勻分級載床載體，從吸附器前部的中心向上向外延伸到其外緣從而產生到吸附器前部外緣的低阻力氣體流動通道，吸附床的均勻氣流。
1.4吸附塔結構性能
吸附塔的結構設計，也是影響分子篩的使用效果，影響產量和純度的穩定性影響至關重要的一個因素。
國內的吸附塔結構普遍採用的是軸流式吸附床結構，這是目前的主流。這種吸附床的優點是結構簡單，製造費用低，缺點是進氣和排氣對床層的衝擊比較大，容器死隙比較大，設備體積也大，對氣流分佈計算要求比較嚴。因為這種吸附塔直徑超大，頻繁的正壓進氣和負壓抽氣造成大直徑孔板的震動，會引起絲網鬆動、破裂，導致分子篩粉化、流化。這種進排氣方式，分子篩老化和粉化過早出現的概率就相對大一些。這種老化和粉化過早出現的現象在國內和進口設備採用軸流式吸附床結構的裝置中都曾經發生過。但是國內的供貨商已經在致力研究和開發高效吸附塔了,尤其在徑向流吸附塔的研究和開發上已經傾注了很大的精力,已經在嘗試了,相信這種高效的徑向流吸附塔在不久的將來就會打破外國人的壟斷而被國人所掌握。
有技術開發上的原因，也有設備造價的原因，國內的吸附塔結構恐怕還要有一段時間要沿用這種結構。在沒有大的結構設計突破的情況下，合理優化，解決好氣流分佈和孔板強度問題，把好製造關，這樣穩定性問題也會有長期的保證。
隨著使用年限的增加，因為流程組織和採用分子篩性能不同，用戶操作使用和維修保養效果也不一樣，個別機組存在這種產量和純度降低的現象。即使有產量和純度降低的裝置，有限的降低對整套裝置的使用不會造成太大的影響。對於國產機有充足富裕量的優點來講，又是對產量和純度降低的一種補充。況且分子篩供貨商對分子篩的質量和使用壽命也有承諾：正常使用，十年之內因為分子篩質量原因引起產量和純度降低，供貨商免費更換或添加。
2.裝置運行的穩定性
裝置運行的穩定性對供貨商來說是靠程式控制系統和裝備質量來保證的，對用戶來說則是靠正確的操作和維護保養來決定的。
2.1程式控制系統
程式控制系統採用的是PLC控制系統，國內這方面做得已經很成功，應用也非常普及廣泛，這方面已經沒有太多的問題。
2.2裝備質量
裝備質量的問題就比較複雜。
2.2.1工藝配備
進口設備多採用「一拖二」的機組配備，即一台電機同時帶動鼓風機和真空泵運轉，設備少但配置合理，主機的穩定性也好。鼓風機和真空泵體積也小，佔地少，精度好，效率高，振動也小。而國內設備的配置卻做不到這麽緊湊，不但實現不了「一拖二」，鼓風機和真空泵也做不到體積小和效率高，振動也大，故障率相對也高。這就是裝備質量的問題。雖然變壓吸附制氧因為設備少，故障相對較少，處理起來也比較容易，但與進口設備這種簡捷高效的配置相比，設備增多故障點也隨之增多，這就存在穩定性的差異。
2.2.2「消噪」處理
「消噪」處理的好壞對穩定性也有影響。有效的「消噪」處理，可以減輕設備和管道的振動，有助於提高裝置運行的穩定性。
大家知道，噪音是由振動產生的，特別是蘿茨真空泵出口消音器「消噪」處理對變壓吸附來說是一個的難題，因為變壓吸附的噪音很大一部分出自於它。蘿茨真空泵抽真空時產生的氣流流速達到30m/s，又是低頻脈衝式的，對消音器筒壁產生斷續又劇烈地沖刷，產生比較大的振動噪音，大家知道這種低頻脈衝式的噪音「消噪」的難度是比較大的，這成了蘿茨真空泵的一個「硬傷」。
難度大並不意味著沒辦法處理。筆者看到一家進口設備的濕式消音器「消噪」處理就比較好。國產設備也在不斷嘗試改進，效果也很明顯。有的單位把振動源（蘿茨鼓風機、蘿茨真空泵和濕式消音器）做成屋中屋單獨隔音，廠房內再整體消音，消音效果非常明顯。鄂州汴京空氣分離設備有限公司剛剛在大冶市興成礦業有限公司投產的變壓吸附制氧機就在「消噪」處理上做了些新的嘗試，不但廠房內做整體「消噪」處理，連濕式消音器也給單獨做了「消噪」處理，並且在消音器出口又增加了消音器，實測廠房外雜訊只有68～70dB，遠遠低於國家標準。這就說明「硬傷」也有有效的辦法解決。
進口設備的整體「消噪」處理做的比較精細，該做的處理一點都不省，連廠房橫樑都做了消音處理，這一點值得我們國內供貨商學習。
但是進口設備也有不完善的地方。我們談的這家進口設備的鼓風機出口消音器，振動就比我們國產設備大。國產設備原來振動也大，但經過結構改進，振動大大減少。
2.2.3裝備質量
裝置運行的穩定性還有一條重要的因素，就是吸附塔製造質量。吸附塔製造質量的好壞會對裝置運行的穩定性產生直接的影響。
因為國內的軸流式吸附塔超大的直徑造成製造和運輸的不便，我們的供貨商出於製造成本上的考慮，多數採取就近尋找有資質的單位加工和供貨的方式，這樣做的好處是節約了製造成本和運輸費用，但對製造質量的把關卻造成了難度，給製造過程的有效監控帶來了不便。這種製造質量上存在的不確定性因素甚至給設備的穩定性帶來致命的隱患！這一點相信我們的供貨商應該深有感觸，本來設計很好的一套裝置因為外包吸附塔的製造質量把關不嚴造成分子篩粉化、流化，給設備運行造成嚴重的傷害！這種嚴重的傷害在早期進口設備中採用軸流式的吸附塔中也曾經發生過，造成的損失也很大。
因此控制好產品質量，加強和提高裝備製造水平，才能有效避免這種嚴重後果的發生。
實際上產量和純度的穩定性和裝置運行的穩定性都是在談一個問題。國產設備雖然因為上面談到的一些原因，在穩定性和結構設計上等還需要做出努力，但是國產設備也有自身的優點，造價低廉，設計富裕量大。進口設備從設備選型到分子篩用量都是採用模塊設計，產量設計到位，工藝計算準確，幾乎沒有富裕量。量化準確，實際上也是一種嚴謹、成熟和負責的表現，這一點值得我們國產設備借鑒。
隨著使用年限的增加，因為流程組織和採用分子篩性能不同，用戶操作使用和維修保養效果也不一樣，個別機組存在這種產量和純度降低的現象。但大多數裝置運行狀況都是良好的，即使有產量和純度降低的裝置，降低的比例也是很小的，有限的降低對整套裝置的使用不會造成太大的影響。對於國產機有充足富裕量的優點來講，又是對產量和純度降低的一種補充。況且分子篩供貨商對分子篩的質量和使用壽命也有承諾：正常使用，十年之內因為分子篩質量原因引起產量和純度降低，供貨商免費更換或添加分子篩。
開發新工藝，設計新型吸附塔，研發更加高效的分子篩吸附劑，應該是變壓吸附發展的方向。
2.3流程組織
國內在運行的變壓吸附制氧裝置，流程設計上有採用傳統的蘿茨鼓風機和蘿茨真空泵的，有採用離心鼓風機和水環真空泵的。吸附劑也大都採用目前專用的LIX分子篩。專用切換蝶閥有採用中外合資產品的也有採用國產液壓傳動閥門的。採用蘿茨風機流程的優點是能耗低了一些，缺點是噪音稍高，消噪的任務比較大了一些；採用離心風機和水環真空泵流程的優點是噪音稍低些，缺點是能耗稍高些，密封水量用得多了一些，密封水的回收工作也要多做一些。吸附塔的數量有採用兩塔、三塔、四塔或五塔的（有開發單塔的報道，但沒見到使用）。採用吸附塔的數量的多少實際上也是一個工藝裝備水平衡量的標誌，雖然供貨商從各自工藝流程設計角度和裝置運行穩定性、經濟性角度考慮採用吸附塔數量的多少，但是進口的四千、五千變壓吸附制氧裝置，兩塔流程就可以實現，甚至宣稱七千也可以採用兩塔流程。兩塔流程工藝簡單，操作方便，設備數量少，投資低，長期運行成本也低，當然是一種優化的流程設計，但要在大型裝置上實現，理論上可行實際上難度很大。一是鼓風機和真空泵要實現大容量和高效率，二是吸附劑要性能優異，三是要有高性能的吸附塔。進口設備佔據了后兩條，如果實現了第一條，就可能做到。而我們國內同樣的裝置，在吸附劑性能差距不大的情況下，就是說第二條具備，但第一條和第三條現在不具備，採用兩塔流程就比較困難。
本公司認為，在純度要求不高的制氧機項目上，中小型制氧機（六千以下）採用變壓吸附應該比較划算，在大型制氧機項目上（六千以上）採用深冷機可靠性比較強。
五、關於投資變壓吸附制氧機的建議
1.關於投資變壓吸附制氧機的建議
從2002年底開始，國家開始對五個行業進行宏觀調控，對企業投資的限制更加嚴格，規定了種種底線，特別是對高能耗、低附加值的中小型企業國家發改委的態度很明確。多年的宏觀調控現在已經大大的見效，中小型企業大面積地停產縮水，即便是國家保護的一些大型企業也受到大氣侯的影響，在保本和虧損之間徘徊。在這樣的大氣候下企業要生存，除了在產品品種和質量上下功夫外，還要靠挖內功向管理向成本要效益。採用變壓吸附制氧符合國家發改委節能減排和企業降低成本的要求，符合國家和企業長期發展的根本利益。習慣了低溫深冷制氧的企業，認為它有技術含量，並且操作了多年非常熟悉，有感情；認為變壓吸附是個「傻瓜」機型，技術含量不高。本人走訪過不少鍊鋼企業，很多搞制氧的都有這樣的感覺。生產線上的同志也是習慣了使用高純度的氧氣，認為純度高速度才快。實際上這是一個誤區。純度高低與制氧成本是有關係的，與生產線成本更有關係，這在前面我們已經做了闡述。
變壓吸附技術近幾年發展得很快，一部分投資者還停留在四、五年前對變壓吸附的認識上。這個認識在當時反映了的變壓吸附客觀狀況，但在今天已經落後於現實了。當時因為受關鍵技術的制約，工藝落後、裝置小、能耗高，最大也只能做到1000NM3/hO2，能耗≥0.5KWh/M3O，大多還是實驗產品，穩定性差，問題較多。而現在隨著製造技術瓶頸的突破，國內專用分子篩的研製成功和國外專用鋰分子篩的引進，使得能耗大幅度降了下來，由原來的0.5KWh/M3O2降到了0.35KWh/M3O2；專用切換蝶閥的研製成功和國外切換蝶閥的引進，使機組運轉的平穩性得以大大改善，機組運轉安全、平穩、可靠，工藝水平也大大的提高了，今天的變壓吸附，已經具有了國際水平的能耗指標和工藝水平。
2.關於進口和國產LI分子篩的選型建議
這實際上也是關於變壓吸附制氧機投資問題的延伸。
本公司在與客戶探討關於變壓吸附制氧機中有關LI分子篩的選型問題的時候有客戶說國產LI分子篩的能耗是進口LI分子篩的兩倍，所以進口LI分子篩質量好，產氧量高。首先要糾正的是這個說法不準確也不客觀。
我公司不久前在安徽一家有色冶鍊企業同時看到叄套生產規模幾乎一樣的變壓吸附制氧機，兩套是進口的，一套是國產的，叄套裝置流程組織幾乎一樣，配置也幾乎一樣，吸附切換周期也是一樣，不同的是進口設備主機採用「一拖二」型式，分子篩也是進口的，國產裝置採用的主機是國產的分離式的，分子篩也是國產的，兩套裝置單位能耗均顯示是0.35KWh/M3O2，這是我們現場看到的參數，不存在「國產LI分子篩的能耗是進口LI分子篩的兩倍」的問題。
產生「國產LI分子篩的能耗是進口LI分子篩的兩倍」說法的原因應該是出自國外分子篩廠家按照習慣的「空氧比」說法來推斷的。所謂「空氧比」就是空氣和氧氣的產出比，是國外分子篩廠家比較直觀的一種習慣說法，主要目的是宣傳自己生產的分子篩雖然價格高但是質量好、能耗低，投資效益高。比如某國外分子篩廠家說他們生產的分子篩「空氧比」是6～8：1，說國內的分子篩「空氧比」是11～12：1，依據這種說法推斷出來採用國外分子篩與採用國內分子篩能耗指標比例是1：2。我公司認為能耗問題不能這麼簡單按照「空氧比」的說法來推算。國外分子篩「空氧比」是不是6～8：1，國內在運行的裝置，採用徑向吸附床的裝置應該是可以達到的，採用軸向流吸附床的應該是達不到的，而現在的裝置主流大部分都是軸向流吸附床，因此是達不到6～8：1的；國內的分子篩「空氧比」是不是11~12：1，跟採用的吸附床結構也很有關係，採用軸向流吸附床的裝置從在運行的來看應該還不止這個指標。實際上能耗指標應該是一個綜合因素，「空氧比」是重要因素之一，但不是唯一因素。決定一套裝置的能耗指標的大小不光是分子篩，還有裝備製造質量，工藝水平，環境氣候，實際操作等，還有實際的氧氣收率大小。從我們承製和看到的變壓吸附制氧裝置來說，國外和國內裝置的氧氣收率和能耗指標是相近的，不存在有較大差距。但是分子篩現場用量存在差異這也是不爭的事實。為什麼會這樣呢？我們認為流程組織是一個問題。除了流程組織外，國外分子篩的某些性能主要參數是比國內高一些的，比如氮氣吸附量這個重要指標，國外分子篩是比國內分子篩略高一些的。這就存在吸附性能上的差異。雖然國內分子篩在其他指標上寫的與國外指標相同甚至超出，但在實際運行的裝置上卻很難佐證其準確性。我們認為，國產分子篩在相對低純度上可以滿足設計工況要求，在越接近變壓吸附高純度的情況下，滿足設計工況就略顯困難，並在分子篩用量上、純度提升上、裝置容量及穩定性上就顯示不出優勢來，甚至在設備總價上也顯示不出經濟性。起碼在目前裝置主流大部分都是軸向流吸附床的狀況下這種情況是客觀存在的。我們認為，在純度要求較高的變壓吸附制氧裝置上採用進口分子篩應該更容易實現設計要求。建議用戶按照純度指標要求選用分子篩，選型應該綜合考慮性價比。
現在很多投資人已經改變了對變壓吸附的傳統觀念，已經認識到了變壓吸附的優越性。所以，國內的變壓吸附制氧技術是可以信賴的，裝置是可以放心使用的。
