变压吸附制氧应用领域济南站成功起航

1 水处理
  废水处理用氧气曝气

  这是PSA设备的最早应用，据说是UCC公司(现普莱克斯公司)采用以沸石为分子筛的PSA设备，利用与诺克斯法将氧气充入本公司的水处理系统。1972年，日本与诺克斯公司(UCC,昭和电台合资)用于昭化药业公司的水处理系统。

  处理生活废水及工业废水普及活性污泥法(氧微生物的富集法)对有机杂质的去除十分有效，微生物活性的保持很大程度上依赖于氧气的供应。氧气曝气法在提高氧气浓度的同时还可缩小设备的尺寸达到降低成本费的目的。


  氧气用于臭氧原料

  管理中水(净水)的杀菌处理以往使用氧气，近年因考虑氯气对人体的负面影响，用臭氧气杀菌代替氯气杀菌以减少氯气的使用逐渐得到重视。目前净水预处理系统已大多使用大型的臭氧发生装置。用PSA法制得的氧气代替臭氧发生装置中的原料空气，可以提高臭氧的转化率，但是考虑到各种费用，PSA设备还未被采用。

  在目前，PSA法制1m3/h的氧气设备多用于水池水杀菌的臭氧发生装置中。

 
  其它

  目前日本国内采用的氧气曝气法大部分用于工厂废水及生活废水的净化。美国的氧气曝气法则用于河流、运河、湖泊等自然环境的改良。日本用于大规模的环境改良方面的PSA设备在费用方面还有待于论证。


2 电炉



  鼓风、助燃用

  PSA氧气用于电炉是PSA设备较早涉及的领域，目前，已有数台大型设备投入使用。电炉内利用电极间的电弧加热废旧钢铁等原料并使之熔化。将氧气和碳粉一起吹入，在炉渣起泡的同时，使之和熔化的钢液相混，这种办法使钢液数量级合均匀，提高了钢产品的品质，并且氧气和碳粉的加入有助于节约能源，利用富氧也是从助燃提高效率为目的。

  以往，氧气总是以贮槽内液氧气化的方式提供，1979年拓南制钢厂采用PSA制氧气化以来，PSA制氧在电炉民制钢厂得到迅速普及，现在，拓南制钢厂2号、3号机组也相继投入使用。



3 非铁金属



  精炼铜

  铜的精炼过程包括铜矿石熔融成为粗铜过程及粗铜炼制过程。它和用电气分解法的电气铜的电炼过程是不一样的。铜矿石多含有硫杂质，硫与氧的反应一般在600℃左右，再吹入热风和重油助燃后才能发生，这时如能通入富氧则可达到增产及节约重油的目的。

  第一次用氧气作气源是在昭和50年由铜炼制厂用深冷法制得的氧气，而实际只需含氧25%~30%的氧气，在昭和62年，日比共同炼制厂首次使用PSA法，从此陆续采用了数套大型设备。



  炼制锌

  锌的炼制法以往是用ISP法，(Imperial,Smelting Process)可同时炼制锌和铝，首先锌矿石和铝矿石在熔剂(石灰石)的作用下脱硫烧结，烧结块在900℃~650℃左右，热风与焦炭共同作用下熔炼。送入的热风的含氧量的提高下，反可减少重油的使用量，还可在提高效率的同时达到增产的目的。



  使用富集氧的目的---降低成本



  铸造

  制造铸钉是向冲天炉或电炉内送入空气，空气中的氧气与炉内集炭分子反应，产生的热量使用地金(生铁及碎铁等的混合物)熔化，然后在铸模里成型即可。

  铸造领域使用的空气中的氧气浓度提高2%，即可提高燃烧效率。特别是铸造过程必须在1500℃左右，而初期的低温流体必须再经过回火再加温，而富氧的使用可以减少这部分回炉量以提高产率，中小炉大多使用液氧气化供氧，而大企业则已使用500m3/h等级的PSA设备了。

4 造纸



  纸浆漂白

  利用木材造纸的过程是将木材粉碎后加以蒸煮洗涤的过程，这和以纸浆为原料的造纸过程是不同的。漂白过程是将红浆的残留物—木质素(胶状物)除去的过程，要用氢氧化钢氯气、次氯酸钢、二氧化氯、过氧水等多种工业药品，利用氧气漂白，就可以减少这些药品的使用量，降低对环境的影响。工业药品在氯塔和三塔与氧气反应除去木质素的方法可分为三类：浓度为25%~30%的纸浆与氧气在氯塔反应称为高浓度法；浓度为10%的纸浆与氧气在氯塔中反应称为中浓度法；在第二段碱塔进行EO法吹除的方法为第三种方法。

  在使用初期，用的是99%的液氧，需先将其气化。纸浆厂家做的实验分析结果，说明PSA氧气也能使用。1995年，昆山锦沪机械有限公司与凤凰纸业成功实现PSA制氧在造纸行业的首次使用，现在500m3/h~2000m3/h等级的PSA设备已进入用户。



5 玻璃熔融



  玻璃制造业是以硅砂、石灰石、烧碱、碎玻璃及多种添加剂等为原料，以1250℃~1700℃的熔解炉内熔化制成，目前，在日本主要是用重油加以热空气燃烧提供，热能的玻璃的溶解炉是由被称为熔解室和用800℃左右的热空气预热的预热室构成。

  利用富氧燃烧，可以不用预热室而降低成本费，且可降低大气排放中的热氮氧化物(N2及NOx)的含量。以美国西岸为中心的环境保护对此的要求是十分严格的。因此使用高纯度的氧气是必要的，但在降低费用方面还有待于提高。1994年日本电气玻璃厂首次将4500m3/h的PSA设备用于制造电子束管的尖端技术中，今后PSA大型设备将在高温熔解领域更令注目。



6 卧氧化镁



  冶炼氧化镁是以海水、石灰乳、氢氧化镁混合的料浆为原料，经脱水、干燥、燃烧成型后在燃烧后在燃烧炉内高温烧结制成的，为了提高用空报助燃的效率，1977年日本新化学公司、1980年宇部化学公司工业公司先后采用了PSA设备提供氧气助燃。



  制水泥

  水呢原料是以石灰岩中的生石灰，在900℃左右的烧成炉内烧制而成。加热时使用富氧可以节约燃料，提高产量。现在使用PSA设备的企业随处可见。如果没有PSA设备，人们就不可能认识PSA设备的企业随处可见。如果没有这PSA设备，人们就不可能认识PSA设备对石油价格的影响。

  对于其它各种烧成炉，使用PSA设备制得的富氧，能否达到，增产降耗还未充分研讨，因此在这些领域还未得到普及。



7 水产业



  养殖用氧气曝气

  养殖水中的深解氧含量对水产物的生长至关重要，在封闭的水域内对多数鱼类不能养殖的原因是深解氧含量不足，而使用空气曝气时氮气在水中的深解度也增加从而能麻醉鱼类。特别是在孵化期，对深解氧含量的要求是非常严格的，使用氧气曝气就能解决这个问题。不定期使用的场合以往多用氧气瓶随着使用的频繁，使用1~20m3/h的PSA设备的企业不断增加，现在在大规模的海水养殖业使用氧气曝气也正在研究开发。



  活鱼运输

  近年，以活鱼为原料的餐厅大多用水槽来运送活鱼。不过海港一般距餐厅较远，为保证鱼类的鲜活，运送活鱼的货车上的水槽一般用氧气曝气法提供氧气。如用氧气瓶供气的话，高压气体降压使用的问题未能解决，而使用小型的PSA设备则可避免上述问题。



8 发酵业



  制药、化学、食品领域内的发酵、细菌培养、细胞的冷冻保存等生物工艺学往往要用工业气体。特别是发酵产业对工业气体的耗费量较大。发酵时，细菌、酵母菌的发良成长都要依赖于发酵液中的氧气供给量。300m3/h~1000m3/h等级的PSA制氧设备已进入制药食品业，并且，气体用户在用氧气营造氛围气的同时，对氮气、二氧化碳的需求也增多了。



9 切割



  氧气等离子体切割

  焊接、切割领域内使用的高氧气，为防氮化基本使用高纯气。但是利用氧气等离子体切割的氧气纯度在93%左右即能使用。因此，等离子切割机的用户，已对在系统内添加使用小型PSA设备很感兴趣。