PSA技术与医用分子筛制氧设备

　　从PSA技术制取氧气的机理和特点出发,阐述了用这种技术制取的氧气可作为医用氧气的理论依据,并简介了我所PSA医用分子筛制氧设备的工艺流程及其使用性能。

　　当气相物质与固相物质组成一个吸附体系时,在相界面处的成分产生富集的现象称为吸附;已被吸附剂吸附的气体分子重新返回气相的过程称为解吸。变压吸附(Pressure　　Swing Adsorption)技术,即PSA技术,就是在等温条件下,加压吸附、减压解吸的循环操作过程。

　　1　PSA技术在气体分离、提纯和净化领域用途广泛

　　PSA技术是近30年内发展起来的一项新技术,它在气体分离、提纯和净化领域有着十分广泛的用途。例如:从空气中分离制取O _²、N ₂,从发酵气中分离CH ₄、CO ₂,从混合气中分离和提纯H ₂,分离回收CO、CO ₂;用于He、Ar等稀有气体的分离和提纯,正、异烃类的分离;用于气体净化脱除H ₂O、CO ₂、H ₂S,工业废气脱除SOx、NOx、NH ₃等等。其中,用PSA技术从空气中分离制取氧、氮气体工艺最为引人注目,发展亦最快。

　　2　用PSA技术制取的氧气适合医用,且具有其他制氧方法所不具备的优点

　　以往,工业用氧气,包括医用氧气,都是采用低温技术(深冷法)从空气中分离氧、氮气体而制取的。低温技术制氧,是采用深度冷冻的方法,即把空气冷却到零下一百多度的低温,使其变成液体,再分馏出氧气。这种制氧方法,启动时间长,约需6～12h;工作周期亦长,一般开机后一周以内不宜停机;装置复杂,投资大。故只适用于工业大规模生产。对于非用氧大户,尤其是医疗单位,其用氧量相对于工业用氧而言就很小,不可能用低温技术实现就地制取氧气。PSA技术的不断开发应用,对中、小型低温空分制氧装置而言,已越来越显示出它的竞争力,并正　　在逐渐取代低温技术制氧,而医用氧气的制取,则有可能被PSA技术完全取而代之。

　　用PSA技术制取氧气的基本原理是:以空气为原料,以沸石分子筛为吸附剂,在常温低压条件下,利用沸石分子筛加压时对氮(吸附质)的吸附容量增加,减压时对氮的吸附容量减少的特性,在吸附塔内形成加压吸附、减压解吸的快速循环过程,使空气中的氧、氮气体分离而制取氧气的。它有两点对于解决医疗单位的医用氧问题极为有利。

　　其一,用PSA技术制取氧气所用的吸附剂为沸石分子筛,它是一种由阳离子和带负电荷的硅铝氧骨架所构成的极性吸附剂。虽然O ₂ 和N ₂是一种非极性吸附质,但O ₂ 和N ₂非极性分子受沸石分子筛极性分子的影响会产生诱导偶极。诱导偶极和极性分子固有偶极之间有一种吸引力作用,此力被称为诱导力。因N2的诱导力大于O ₂ 的诱导力,故沸石分子筛对N ₂ 的吸附量远大于对O ₂ 的吸附量。当空气通过沸石分子筛时, N ₂ 优先被沸石分子筛吸附,并在其微孔内富集,而O2除少量被吸附外,大部分通过沸石分子筛成为产品气。正是由于沸石分子筛是一种极　　性物质,且可通过静电诱导使非极性分子极化,因此,凡极性越强,或越容易被极化的分子,也就越容易被吸附。空气中的酸、碱、二氧化碳、氧化物、卤素等,均属于分子极性很强的物质,自然很难通过沸石分子筛进入产品氧。这就保证了产品氧中不含有对人体有害的成分。这是用PSA技术制取的氧气可以医用的关键所在。据日本《医器学》期刊报导,按日本药典规定的检测方法检测,并未发现产品氧中含有酸、碱、二氧化碳、氧化物、卤素等不纯物。通过对产品氧细菌培养和尘埃检出试验也未发现什么问题。我们把用PSA技术制取的产品氧气送到医药管理局指定的检测中心检测,结果表明(见表1天津市理化分析中心分析报告),其水分、酸、碱、二氧化碳、氧化物、卤素等有害成分的含量,均比国标《GB 8982医用氧气》中规定的含量低。所以,用PSA技术制取的氧气完全适合于医用。