【摘要】随着我国经济水平的不断发展以及科技水平的不断进步，我国工业对氧气的需求量也在不断增加，氧气在工业领域的应用范围也越发广泛。比如冶金、机械、化工等行业都需要大量的氧气。将氧气应用到工业生产当中不仅可以大幅度提高生产产量同时也大大降低了生产成本。本文将深入比较变压吸附制氧法以及深冷法，对这两种制氧工艺的优缺点以及适用范围进行全面分析。
【关键词】制氧工艺；空气分离；变压吸附法；深冷法
现如今，工业上的制氧方法主要有两种。一种是变压吸附法，另一种就是深冷法。变压吸附法是近年来刚兴起的工艺而深冷法则属于传统方法。这两种制氧方法各有各的好处。因此用户难免会面临对两者的选择问题。本文将从这两种制氧法的制作工艺、技术手法、运行参数、投资成本、建设要求等方面进行深入的对比分析。
一、两种制氧方法的制作过程以及制作原理
（一）变压吸附法
变压吸附法是一种新兴的制氧方法，已经被广泛的应用到了工业制氧工作当中。鼓风机、吸附塔、缓冲罐、贮氧罐以及真空泵是其主要的组成结构，利用各式的专业阀门进行设备之间的连接，再加上一套计算机自动控制系统就是一套完整的变压吸附制氧装置。
把空气进行除尘处理之后，利用鼓风机将其鼓进盛有多种分子筛（作为吸附剂）的吸附塔中。这个时候空气中大部分的氮气、二氧化碳以及二氧化硫、水和少量的氧气等会在吸附塔中被分子筛吸附住。而剩余的大部分氧气则会经过床层由塔顶排除。这个时候得到的氧气，就可以称之为富氧产品。然后将其导入到贮氧罐中进行贮藏备用。当吸附塔中的分子筛达到了饱和状态之后，要停止鼓风机鼓入空气操作，同时要将真空泵打开对吸附塔进行抽真空的处理（这项操作主要是为了将氮气等杂质从分子筛中“脱离”出来，这样的话吸附剂就可以再进行循环利用）。在停止一个吸附塔空气进入的同时，将另一个吸附塔打开进行空气的吸附工作，这样两个或者是两个以上吸附塔交替工作的形式可以保证富氧产品连续不断的产出。而吸附塔的交替切换的工作则是利用计算机自动控制系统通过对相关阀门的控制进行的。
（二）深冷法
深冷法相对于变压吸附法来讲，它算是传统的制氧方法。它的主要设备构成包括：空气压缩机组、空气冷却系统、分子筛净化系统以及透平膨胀机、分馏塔、换热器等。如果需要对空气中的稀有气体进行回收的话，则还需增设一个稀有气体分馏设备。将空气导入到制氧机组进行各种气体的分离操作后，可以得到纯氧、纯氮以及各种类型的稀有气体。从制氧的工艺过程上来看，深冷法的制氧过程要长于变压吸附法，同时深冷法需要的设备也要比变压吸附法多很多，并且还有高压或者是超低温的工艺制作要求。
二、两种制氧方法在各方面的比较
如表一所示，变压吸附制氧法与深冷制氧法在技术指标、运行参数、制氧过程中的水电消耗量、制氧的安全性、建设要求、设备的占地面积以及基建投资、制氧过程需要的人力、对设备的维护方面进行了全面细致的比较（表中的数据绝大部分都来自于实际操作中的运行数值）。下文将会对其中的几点进行详细的分析对比。
（一）基建投资
所谓的基建投资主要是指对设备的投资以及设备在安装过程中产生的投资这两部分。尽管这两种制氧法在设备投资的方面相差无几，但是在安装费用方面，变压吸附法的投入成本要远远小于深冷法。因此，变压吸附法的基建投资要比深冷法的基建投资少很多。因此用户在对两者进行对比的时候，一定不要仅仅关注设备投资，也要看总承包建设费用的多少。
（二）经营成本
在制氧工艺的经营费用中，电费是其主要的成本费用，约占总经营成本的50%到60%。剩下的就是人工工资、设备维护费用以及折旧费用等等。因此在对两种制氧方法的经营成本进行对比的时候，主要要比较的就是两种方法的耗电量。尤其是在制氧部分的耗电量。
因为单位制氧的电耗是随着制氧机规格的增大而降低的。由表一的相关数据再结合这个耗电规律，我们可以看出，变压吸附法的电耗要低于深冷制氧法。除此之外，变压吸附法的维修费用以及折旧费、人工费都要比深冷制氧法低很多。因此，对于低于万五等级的制氧机来说，变压吸附法的经营成本要比深冷法的经营成本更低一些。
（三）供氧的连续性
变压吸附制氧法中包含的吸附塔有2到4个以上，假使其中一个吸附塔出现了故障，也不会影响其他吸附塔的正常工作。这个时候只要将发生故障的吸附塔进行切断维修即可。再加上这种方法中设备出现故障的几率较低，运行的周期长的原因，使得连续供氧成为了可能。变压吸附制氧法的这一特点对于冶金行业来说是极其有利的，不但可以提高冶金炉的产量，同时也降低了能耗、提高了产品的品质。
在供氧连续性这点上，深冷制氧法因为只有一个空分塔，很多的生产环节也仅仅依靠一台设备的原因，使得不论是生产过程中哪一个环节出现了问题都会对整体供氧产生影响。除此之外，它重新启动后至少需要在36个小时之后才可以重新得到产品氧（变压吸附法只需要半个小时）以及设备发生故障的频率较高的原因，使得深冷法的连续供氧性并不好。
（四）两种方法的氧产量以及纯度
现在国内自行生产制造的深冷制氧机的产氧量已经可以到 60000 m3/h，并且可以回收纯氮以及纯氩气等。但是变压吸附法只能得到含氧量在93%到95%左右的富氧气以及富氮气，不能得到氩气，如果需要纯氮气，还需要格外增加变压吸附纯化系统。因此，深冷制氧法适合需氧量较大且需要纯氮、纯氩的用户，而变压吸附法则更适合，需氧量稍少且不需要纯氮或者纯氩的用户。
与深冷制氧法相比，变压吸附制氧法的建设投资相对较小、在运行过程中水电的消耗也不是很高、经营的成本相对较低、在制氧的过程中安全性能较高，除此之外，这种制氧法也具有操作简便、维修简单、供氧启动快、自动化程度较高、人工投入少的优点。但是，这种制氧方法也有一些缺点，比如说不能制造出纯氧以及氩气、现如今仍然没有研制出较大型的制氧装置。而深冷制氧法的优缺点正好和变压吸附制氧法相反。因此，如果对纯氧以及氩气、氮气有一定应用需求且对氧的需求量超过10000m3/h，那么应选择深冷制氧法。如果对纯氧、纯氮以及氩气的没有特殊需求且对氧的需求量不超过10000m3/h，则应该将变压吸附制氧法作为首选。
参考文献
[1]刘汉钊，王华金，杨书春.变压吸附制氧法在冶金上的应用[J].有色冶炼，2002.
[2]江楚标.低温法小型空分设备：技术进步、与液体输送的竞争和对策[J].深冷技术 ，2002（3）.
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