變壓吸附空分制氧始創(chuàng)于20世紀(jì)60年代初(Skarstrom, 1960; Guerin de Montgarenil & Domine, 1964),并于70年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在此之前,傳統(tǒng)的工業(yè)空分裝置大部分采用深冷精餾法(簡(jiǎn)稱深冷法)
四十多年來(lái)變壓吸附空分制氧技術(shù)的研究進(jìn)展主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是空分制氧吸附劑和其吸附理論的研究方面,二是空分制氧工藝循環(huán)過(guò)程的研究方面(Sircar,1994;Ruthven.Farooq&Knaebel, 1994)。國(guó)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究盡管起步較早,然而在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展相對(duì)較緩
如果壓力不變,在常溫或低溫的情況下吸附,用高溫解吸的方法,稱為變溫吸附(簡(jiǎn)稱TSA)。顯然,變溫吸附是通過(guò)改變溫度來(lái)進(jìn)行吸附和解吸的。變溫吸附操作是在低溫(常溫)吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進(jìn)行,由于吸附劑的比熱容較大,熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))較小,升溫和降溫都需要較長(zhǎng)的時(shí)間,操作上比較麻煩,因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面。
吸附常常是在壓力環(huán)境下進(jìn)行的,變壓吸附提出了加壓和減壓相結(jié)合的方法,它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統(tǒng)。
在等溫的情況下,利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環(huán)過(guò)程。吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量隨著壓力的升高而增加,并隨著壓力的降低而減少,同時(shí)在減壓(降至常壓或抽真空)過(guò)程中,放出被吸附的氣體,使吸附劑再生,外界不需要供給熱量便可進(jìn)行吸附劑的再生。因此,變壓吸附既稱等溫吸附,又稱無(wú)熱再生吸附
膜技術(shù)可以為空氣分離提供替代的、低能耗的方法。例如,在環(huán)境或溫暖溫度下操作的聚合膜可以產(chǎn)生富氧空氣(25-50%氧氣)。陶瓷膜可以提供高純度的氧氣(90%或更多),但需要更高的溫度(800-900℃)才能工作。這些陶瓷膜包括離子傳輸膜(ITM)和氧傳輸膜(OTM)。膜氣體分離是用來(lái)提供貧氧和富氮?dú)怏w,而不是空氣,以填補(bǔ)燃料箱的噴氣式客機(jī),從而大大減少了意外火災(zāi)和爆炸的機(jī)會(huì)。相反,膜氣體分離被用來(lái)為飛行員提供富氧空氣在高空飛行的飛機(jī)上沒(méi)有加壓艙。