成熟制氧技术：优化呼吸环境的利器

在空分技术的应用中，空气深度冷冻技术（深冷法）与分子筛制氧法（吸附法）应用最多。经过多年的技术发展，已经达到大流量的应用规模，属于成熟制氧技术。

1）空气深度冷冻技术

空气深度冷冻法（air separation unit，ASU）的工艺流程如下：空气在低温加压条件下相变为液态（＜150 K）；然后蒸发，利用液态氮/氧（常压下沸点为-196℃/-183℃）沸点不同，分离出高纯度氮气和氧气并储存或直接应用。其工艺经历了许多改进优化过程（见图4-1）。目前制氧工艺按《深度冷冻法生产氧气及相关气体安全技术规程（GB16912—2008）》执行。

图4-1　深冷富氧技术的演化进程［4］

2）分子筛制氧法（吸附法）(www.xing528.com)

分子筛制氧一般采用沸石分子筛加压吸附变压解吸（pressure swing absorb，PSA）方法，利用氮分子大于氧分子的特性，使用特制的分子筛把空气中的氧分离出来。工艺过程中采用两只吸附塔分别进行相同的循环过程，从而实现连续供气。

20世纪50年代是沸石材料应用的开发期，开发的主要沸石有A型、X型沸石，以及Y型沸石，特别是Y型沸石的人工合成及其在催化裂解上的应用是开发的重点。

沸石分子筛的研究经历了三个主要发展阶段：20世纪70年代ZSM-5的合成，80年代AIPO4-n系列分子筛的合成，90年代M41S介孔类分子筛的合成。

沸石分子筛指具有分子筛作用的天然及人工合成的晶态硅铝酸盐，是一种无机晶体材料，其化学通式为：Mx/m［（AlO2）x·（SiO2）y］·z H2O。（M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数）。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。它具有规整的孔道结构、较强的酸性和高的水热稳定性，被广泛应用于催化、吸附和离子交换等领域中。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间由许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比其孔径大的分子排斥在空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。这两种制氧法应用广泛，技术相当成熟，可参阅有关文献，本书不再赘述。