VPSA制氧裝置技術(shù)在我國起步較早。作為軍用產(chǎn)品,1966年開始研究空氣制氧用沸石分子篩分離技術(shù)。
20世紀(jì)70年代是我國VPSA制氧裝置技術(shù)發(fā)展的全盛時期。國內(nèi)十幾家單位先后開展了PSA制氧技術(shù)的實驗研究,建立了多套工業(yè)試驗設(shè)備。這一時期開發(fā)的VPSA制氧裝置有以下共同點:
(1)除常壓吸附外,多采用常壓脫附工藝,吸附塔2 ~ 4座;
(2)空氣進(jìn)入吸附塔前經(jīng)過脫水預(yù)處理;
(3)設(shè)備可靠性差,不能連續(xù)穩(wěn)定運行,導(dǎo)致大部分設(shè)備報廢;
(4)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)落后。
由于低成本性能的設(shè)備,這個過程不是足夠成熟,市場開發(fā)是不夠的,舊的設(shè)備已被服務(wù),新設(shè)備找不到市場,在1980年代,最初從事VPSA制氧裝置研究和開發(fā)部門開發(fā)項目已經(jīng)暫停了,中國的VPSA制氧裝置的發(fā)展又進(jìn)入了一個低谷??梢哉f,國內(nèi)市場在此之前,沒有正規(guī)的工業(yè)制氧設(shè)備,也沒有專業(yè)的psa制氧設(shè)備制造商。
從20世紀(jì)90年代開始,psa制氧正式工業(yè)化,由于電能短缺,鋼鐵市場蓬勃發(fā)展,支持了psa制氧電爐煉鋼,不僅項目快,使用效果也很好。
電爐煉鋼所需的氧氣純度為90%。因此,作為電爐的配套設(shè)備,psa制氧的質(zhì)量要求是90%的氧氣純度。
psa氧氣的生成是空氣的原料,正常的空氣成分根據(jù)體積分?jǐn)?shù)的計算是:氮(N2)約占78%,氧氣(O2)約占21%,稀有氣體約占0.939%的(他氦、氬、氖Ar Rn,氪Kr,氙Xe,氡,主要用于氬),二氧化碳(CO2)約占0.031%,約占0.03%,天然氣和其他雜質(zhì),如臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2),水蒸氣(H2O)等。
由于氧氣與稀有氣體氬的分子量相近,不能分離,所以假設(shè)空氣中所有的氮氣都被吸附,剩下的氧氣僅占21/22=0.9545,因此業(yè)界認(rèn)為psa制氧的理論純度最高為95.5%。
氧純度的80%來自于本世紀(jì)初的富氧冶煉和高爐噴煤工藝。事實上,用戶只需要富氧空氣,而產(chǎn)品的開發(fā)是為了降低氧氣的提取成本。在設(shè)計上,1000Nm3/h-90% psa制氧設(shè)備相當(dāng)于1250Nm3/h-80%純度的設(shè)備和800Nm3/h-93%純度的設(shè)備。
氧氣純度為85%,其實沒有實際意義,但有些廠家根據(jù)80%純度的設(shè)備當(dāng)純度為85%時,產(chǎn)量并沒有下降多少。