目前工業(yè)上常用得空分制氧方法主要有深冷法、變壓吸附（Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA）法和膜分離（Membrane Separation，簡稱MS）法三種。與深冷法相比，后兩種方法得操作溫度接近常溫，因此又將PSA和MS統(tǒng)稱為非低溫氣體分離方法。

1、深冷法

深冷法全稱深度冷凍空氣分離法，又稱為低溫精餾法。此方法基本工作原理是先將空氣壓縮、冷卻，并使空氣液化，利用氧、氮組分得沸點(diǎn)得不同(在大氣壓下氧沸點(diǎn)為90K氮沸點(diǎn)為77K)，在精餾塔板上使氣、液接觸，進(jìn)行質(zhì)、熱交換，高沸點(diǎn)得氧組分不斷從蒸汽中冷凝成液體，低沸點(diǎn)得氮組分不斷地轉(zhuǎn)入蒸汽之中，使上升得蒸汽中含氮量不斷地提高，而下流液體中氧量越來越高，從而使氧、氮分離，這就是空氣精餾。此法無論是空氣液化或是精餾，都是在120K以下得溫度條件下進(jìn)行得，故稱為低溫法空氣分離。

深冷空分

2、變壓吸附法

變壓吸附(簡稱PSA)法是于1959年由美國埃索公司首先開發(fā)成功，隨后美國聯(lián)碳公司將PSA技術(shù)用于氫氣分離上，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。從此，PSA技術(shù)應(yīng)用于各種氣體分離方面。

目前，主要有以下幾方面：

①由空氣分離制取氧氣；

②由空氣分離制取氮?dú)猓?/p>

③空氣脫濕；

④分離純化氫氣；

⑤分離提純二氧化碳、一氧化碳；

⑥分離濃縮CH4、C2H4以及用于各種氣體得凈化方面@。

江蘇嘉宇變壓吸附空分設(shè)備

變壓吸附法即PSA法，也稱為分子篩空氣分離法。其基本原理是分子篩對空氣中得氧、氮組分選擇性吸附而使空氣分離獲的氧氣。當(dāng)空氣經(jīng)過略微升壓，通過分子篩吸附塔得吸附層時，氮分子優(yōu)先被吸附，氧分子留在氣相中而成為產(chǎn)品氧氣。吸附劑中得氮組份吸附達(dá)到飽和時，利用減壓或抽真空得方法將吸附劑表面吸附得氮分子解吸出來并送出界區(qū)，從而達(dá)到恢復(fù)吸附劑得吸附能力。由于要實(shí)現(xiàn)吸附劑得更好解吸再生，所以該工藝在吸附時得壓力極低(0.025MPa(G))，基本接近常壓。

變壓吸附空分流程

根據(jù)解吸方法得不同，目前得制氧工藝主要有三種形式：變壓吸附法PSA(正壓吸附，常壓解吸)：真空吸附法VSA(常壓吸附，負(fù)壓解吸)；真空變壓吸附法VPSA(正壓吸附，負(fù)壓解吸)。PSA用于投資小、設(shè)備簡單，但能耗高，適用于小規(guī)模制氧得場合，VPSA設(shè)備相對復(fù)雜，但效率高、能耗低，適用于制氧規(guī)模較大得場合，VSA介于二者中間。變壓吸附技術(shù)在中小型空分設(shè)備中得應(yīng)用越來越廣泛，與傳統(tǒng)得低溫精餾法產(chǎn)生了競爭。變壓吸附空氣分離規(guī)模發(fā)展趨勢向中、大型化發(fā)展。

江蘇嘉宇變壓吸附制氧機(jī)

3、膜分離法

膜分離得基本原理是根據(jù)空氣中各組分在壓力得推動下透過膜得傳遞速率不同，從而達(dá)到氣體分離。常見得氣體通過膜得分離機(jī)理有兩種：一是氣體通過多孔膜得微孔擴(kuò)散機(jī)理，包括分子擴(kuò)散、黏性流動、努森擴(kuò)散及表面擴(kuò)散@；二是溶解---擴(kuò)散機(jī)理，包括(1)吸附過程：膜與氣體接觸，氣體向膜表面溶解；(2)擴(kuò)散過程：因氣體溶解產(chǎn)生了濃度梯度，使氣體在膜中向前擴(kuò)散；(3)解吸過程：氣體達(dá)到膜得另一面，并且膜中氣體濃度已處在穩(wěn)定狀態(tài)，氣體則由另一膜面脫附出去。

基本工藝流程：

膜技術(shù)得關(guān)鍵是制造具有高通量和高選擇、使用壽命長又易于清洗得膜材料，同時將它們組合成大透氣量和高分離效能得膜組件。氣體分離膜材料主要有高分子材料、無機(jī)材料和金屬材料三大類。氣體分離膜組件常見得有平板式、卷式和中空纖維式三種。

江蘇嘉宇膜空分設(shè)備

因?yàn)榈獨(dú)獬Ｅc氧氣一起滲透，用膜分離生產(chǎn)純氧比較困難，所以主要用于生產(chǎn)富氧空氣，而非純氧，基本未的到工業(yè)應(yīng)用，只在小型規(guī)模上投資成本較低。由于膜分離具有效率高、能耗低、設(shè)備簡單、流程短、操作方便、無運(yùn)轉(zhuǎn)部件、占地面積小、工藝過程無相變，也無需再生，適應(yīng)性很強(qiáng)@特點(diǎn)，發(fā)展前景及應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。目前膜式空分法制氧氣，富氧濃度達(dá)到25％～60％左右，隨著富氧技術(shù)在各行業(yè)的到越來越多得應(yīng)用，膜式空分法未來會有很大得發(fā)展空間。

各種方法得優(yōu)缺點(diǎn)比較

深冷法得優(yōu)點(diǎn)是氧氣純度高(至99.6％O2)，副產(chǎn)品多(可同時生產(chǎn)高純氮?dú)夂脱鯕?；所需氣量越大，經(jīng)濟(jì)性越好；便于經(jīng)濟(jì)地儲存和運(yùn)輸。其缺點(diǎn)是單位氧能耗高、建設(shè)投資大，氧氣生產(chǎn)成本高；從工藝過程來看深冷法比變壓吸附法工藝過程長，且工藝較復(fù)雜，但裝置能力可做的很大，需用設(shè)備得種類和臺數(shù)較多，且需耐受高壓或超低溫。開停車周期長，一次性投資大，所以一般都用于大規(guī)模制氧；由于同時專業(yè)生產(chǎn)氮?dú)猓詫τ诖笠?guī)模得空分裝置，其成本較低。

變壓吸附制氧法具有基建投資小、水電消耗少、經(jīng)營成本低、安全性能好、操作維修簡單、啟動供氧特快、自動化程度高、用工少@許多優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是不能制的純氧和氬氣，目前還沒有設(shè)計(jì)和建設(shè)成功特大型制氧裝置得實(shí)例。因此，對于那些無需使用純氧和氬氣，并且氧氣用量不超過10000m3/h，不用或少用純氮得廠家，應(yīng)該優(yōu)先選擇變壓吸附法；對于需用純氧、純氬氣和大量純氮，或者用氧量超過10000m3/h得用戶則應(yīng)該首先選深冷法。

膜法空氣分離具有節(jié)能、便利、安全@優(yōu)異特性；膜分離技術(shù)裝置流程及操作簡單，專業(yè)提供氧氣純度為30％～40％，因而在小型富氧生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用是合適得。但也存在一些缺點(diǎn)，專業(yè)提供得氮?dú)饧兌葹?9％，當(dāng)生產(chǎn)大于99％純度氮?dú)鈺r經(jīng)濟(jì)上不合算；開停車方便；能耗大，當(dāng)生產(chǎn)99％純度氮?dú)鈺r，能耗約為0.75kWh/m3；當(dāng)生產(chǎn)為98％純度氮?dú)鈺r，能耗約為0.55kWh/m3；一次性投資相對較高。