變壓吸附法：低能耗氣體分離的新選擇  

氣體的主要成分是N2（占78%）和氧氣（占21%），因此可以說空氣是氮?dú)夂脱鯕馊≈槐M的來源。N2主要用于保護(hù)化學(xué)生產(chǎn)中合成氨和金屬熱處理的氣氛和惰性保護(hù)氣體（氮?dú)饷芊夂蛪嚎s材料停車后吹掃管道和氧化物）。、糧食儲(chǔ)存、水果保鮮、電子工業(yè)等。O2主要用于冶金、燃燒氣體、診斷和治療、廢水處理和化學(xué)工業(yè)中的氧化物。化工工人長期以來一直在努力學(xué)習(xí)和解決如何通過低成本的氣體分離獲得氧氣和氮?dú)獾膯栴}。
傳統(tǒng)的工業(yè)氣體分離方法是選擇深冷分離方法，將蒸發(fā)冷卻到-150℃以下，然后用低溫蒸餾完成分離。該方法存在能耗高、工藝長、啟動(dòng)工藝長、設(shè)備維護(hù)要求高等缺點(diǎn)。因此，近十年來出現(xiàn)了變壓吸附法、膜分離法等新興分離方法的嚴(yán)峻形勢(shì)。
變壓吸附法
變壓吸附法分離氣體有兩個(gè)原理。一是利用5a沸石分子篩的選擇吸附特性，即5a沸石分子篩對(duì)N2的平衡吸附超過對(duì)氧的平衡吸附，使N2在空氣基于沸石層時(shí)被吸附，O2作為產(chǎn)品流出。沸石吸收N2飽和后，停止進(jìn)入氣體，將材料層抽出真空，并將N2作為產(chǎn)品抽出。另一種是利用碳分子篩的運(yùn)態(tài)吸附特性，即碳分子篩對(duì)氧和氮的平衡吸附相似，但由于氧的分子規(guī)格（2.8）×分子規(guī)格(3.0)與N2相比×4.1）由于體積小，O2在碳分子篩中傳播速度快，吸附能力大。因此，O2在碳分子篩中傳播速度快，吸附能力大。因此，O2被吸附，N2作為產(chǎn)品流出。一段時(shí)間后，停止進(jìn)入氣體，真空物料層，再生碳分子篩。這種方法通常在吸附階段為0.1～0.5×106pa、在常壓、真空、常溫條件下進(jìn)行分析，在工業(yè)上容易實(shí)現(xiàn)。
通過變壓吸附分離氣體，可以獲得富氧空氣和99.9%的純N2，耗電量小于1.0。kwh/m3。目前，日本最完美的是5a沸石篩制氧，氧濃度可達(dá)96%，耗電量僅為0.4。kwh/m3。
總之，變壓吸附分離氣體的選擇具有能耗低、工藝短、停車時(shí)間短、自動(dòng)控制、產(chǎn)品濃度可調(diào)等特點(diǎn)，有望有較大的發(fā)展。
膜分離法
膜法分離氣體的滲透原理，即氧氣和氮?dú)庠诜嵌嗫拙酆衔锬ぶ械臄U(kuò)散速度不同。當(dāng)氧氣和氮?dú)庹掣皆诰酆衔锬け砻鏁r(shí)，由于聚合物膜兩側(cè)有濃度梯度，氣體通過聚合物膜擴(kuò)散，然后在膜的另一側(cè)進(jìn)行分析。由于氧氣分子體積小于N2分子，O2在聚合物膜中的擴(kuò)散速度超過N2，當(dāng)空氣進(jìn)入膜的一側(cè)時(shí)，可以在另一側(cè)獲得富氧空氣，N2可以在同一側(cè)獲得。
通過膜法分離氣體，可以連續(xù)獲得N2和富氧空氣。目前，聚合物膜氧氮分離的選擇性指數(shù)僅為3.5左右，透水率較低。分離產(chǎn)品的N2濃度為95～氧氣濃度僅為30%，99%～膜法分離氣體的40%通常在室溫和壓力下為0.1～0.5×操作應(yīng)在106pa條件下進(jìn)行。