Die Sauerstoffproduktionstechnologie mittels Vakuum-Druckwechseladsorption (VPSA) ist ein effizientes und energiesparendes Verfahren zur Sauerstoffgewinnung. Sie ermöglicht die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff durch selektive Adsorption an Molekularsieben. Ihr Prozessablauf umfasst im Wesentlichen die folgenden Kernschritte:

1. Rohluftaufbereitungssystem

Luftkompression: Das Gebläse komprimiert die Umgebungsluft auf ca. 63 kPa (Überdruck), um die Energie für die nachfolgende Adsorption bereitzustellen. Bei der Kompression entsteht eine hohe Temperatur, die mittels eines Wasserkühlers auf die für den Prozess erforderliche Temperatur (ca. 5–40 °C) abgekühlt werden muss.

Vorbehandlung und Reinigung: Zur Entfernung mechanischer Verunreinigungen wird ein zweistufiger Filter eingesetzt, und zur Entfernung von Schadstoffen wie Feuchtigkeit und Ölnebel wird eine Trocknungsvorrichtung verwendet, um das Molekularsieb-Adsorptionsmittel zu schützen.

2. Adsorptionstrennsystem

Alternierende Doppelturmadsorption: Das System ist mit zwei Adsorptionstürmen ausgestattet, die mit Zeolith-Molekularsieben bestückt sind. Während ein Turm adsorbiert, wird der andere regeneriert. Druckluft strömt von unten in den Turm ein, wobei das Molekularsieb bevorzugt Verunreinigungen wie Stickstoff und Kohlendioxid adsorbiert. Sauerstoff (Reinheit 90–95 %) wird oben aus dem Turm abgegeben.

Druckregelung: Der Adsorptionsdruck wird üblicherweise unter 55 kPa gehalten, und die automatische Umschaltung erfolgt über pneumatische Ventile.

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3. Desorptions- und Regenerationssystem

Vakuumdesorption: Nach der Sättigung reduziert die Vakuumpumpe den Druck im Turm auf -50 kPa, desorbiert den Stickstoff und leitet ihn in den Abgasschalldämpfer ab.

Sauerstoffspülung: In der späteren Phase der Regeneration wird etwas Produkt-Sauerstoff zugeführt, um den Adsorptionsturm zu spülen und so die Adsorptionseffizienz des nächsten Zyklus weiter zu verbessern.

4.Produktverarbeitungssystem

Sauerstoffpuffer: Nicht-kontinuierliche Sauerstoffprodukte werden zunächst in einem Puffertank (Druck 14-49 kPa) gespeichert und dann mit Hilfe des Kompressors auf den vom Benutzer benötigten Druck gebracht.

Reinheitsgarantie: Durch Feinfilter und Durchflussregelung wird eine stabile Sauerstoffabgabe gewährleistet.

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5.Intelligentes Steuerungssystem

Durch den Einsatz einer SPS wird ein vollautomatischer Betrieb erreicht, mit Funktionen wie Drucküberwachung, Fehleralarmierung, Optimierung des Energieverbrauchs und Unterstützung der Fernüberwachung.

Das Verfahren treibt den Adsorptions-Desorptions-Zyklus durch Druckänderungen an. Im Vergleich zur herkömmlichen PSA-Technologie reduziert die Vakuumunterstützung den Energieverbrauch deutlich (ca. 0,32–0,38 kWh/Nm³). Es findet breite Anwendung in der Stahl-, Chemie-, Medizin- und anderen Bereichen und eignet sich besonders für mittlere und große Sauerstoffbedarfsszenarien.

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Zoey Gao

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Veröffentlichungsdatum: 25. April 2025