变压吸附(简称PSA)制氧是国际上最近三十年新兴起来的制氧技术，它的特点是就地产氧，只要将制氧设备接通电源，就可由空气中生产出氧气，且设备的体积小、操作简单，可省去大量的人力、物力，尤其适合实施管道化中心供氧的医院以及工业不发达地区的医院。原国家医药管理局于1998年4月颁布了变压吸附制医用氧气的行业标准《YY/T0298-1998》医用分子筛法制氧设备通用技术规范》，正式认可这种国际上已广泛使用的制医用氧方法在我国各级医院使用。我们针对这种发展趋势，对变压吸附制医用氧技术进行了深入的研究。

　　1　原理和方法

　　变压吸附制医用氧是采用物理吸附的方法，使用的吸附剂是沸石分子筛(zeolite molecular sieve)。空气中的主要成分是氮气、氧气及其它稀有气体，它们的分子极性各不相同，其中氮气的极性较氧气的极性要大。沸石分子筛是一种极性吸附剂，在等温条件下，当吸附压力增加时，它对氮气的平衡吸附量要比氧气增加很多；当吸附压力减少时，它对氮气的平衡吸附量比氧气减少很多。利用沸石分子筛的这一特性，可采用加压吸附，减压解吸循环操作的方法制取氧气。

　　2　吸附剂的选择

　　在PSA吸附床中，至少有两层吸附剂，靠近进料端的吸附剂称为“预处理”吸附剂，它的主要作用是除去进料空气中的水和二氧化碳。氧化铝通常被用作预处理吸附剂，但是，使用中人们发现在氧化铝与其它吸附剂的接触面上会产生一个低温区，称为“冷点”，会影响吸附剂的再生。随着人们对“冷点”的进一步认识，氧化铝已被NaX型的沸石分子筛代替，因为它比氧化铝具有更高的氧、氮吸附容量和吸附热，可以帮助减少“冷点”的损害。目前，具有更高吸附容量的NaX吸附剂已经被开发出来，可以进一步减低“冷点”效应。靠近吸附床产品端的第二层吸附剂称为“主吸附剂”，它的主要作用是氧气、氮气的分离，一般选用具有优先吸附氮气的沸石分子筛。在有些场合，NaX既被用来作主吸附剂，也被用作预处理吸附剂，但CaA型的沸石分子筛是变压吸附法制氧最常用的吸附剂。为了提高分子筛的吸附性能，又开发其它类型的分子筛如CaX型的沸石分子筛，目前吸附选择性能最好的吸附剂是LiX型和MgA型沸石分子筛。

　　3　制氧流程

　　变压吸附常压解吸制氧流程通常有四床、三床、两床三种形式。
　　四床吸附流程的特点是空气中氧气的收率比较高，可达40%，缺点是吸附床较多，工艺流程复杂，技术要求高，可靠性较差。
三床吸附流程的特点是氧气收率一般，可达35%，工艺也比较复杂。
二床吸附流程的缺点是空气中氧气收率比较低，只有30%，但这种流程比较简单，工艺也不复杂，操作容易，可靠性高，是目前制医用氧设备采用最多的流程。

　　4　多层气体过滤系统

　　变压吸附制医用氧行业标准对医用氧的理化标准有详细的规定，见表1。

表1　变压吸附法制医用氧气理化标准

氧气浓度≥90%(V/V)，其余的组分主要是氩气和氮气。
水分含量，在20℃和101.3kPa下 ：≤0.07g/m3
二氧化碳含量：≤0.01%(V/V)
一氧化碳含量应符合GB8986中5的规定。
气态酸和碱含量应符合GB8986中6的规定。
臭氧及其它气态氧化物含量应符合GB8986中7的规定。
固体物质粒径：≤1μm
固体物质含量：≤0.5mg/m3

　　为了保证通过变压吸附制得的氧气符合标准，需采用多层气体过滤系统。

　　4.1　除水。空气中含有大量的水分，尤其在潮湿地区，如果水分进入吸附床中，就会使沸石分子筛受潮，影响吸附效果。通常采用三级除水过滤系统：一是通过空压机储罐将压缩空气中的液态水除去，二是采用微孔的分水滤气器将气态水中的大部分除去，三是采用干燥剂将剩余的水分除去，因此由变压吸附法制得的氧气水分含量非常低。

　　4.2　除去空气中稀有气体。由于沸石分子筛是极性化合物，对空气中二氧化碳、一氧化碳、气态酸碱及臭氧等极性分子的吸附力很强，因此产品氧气中这些物质的含量都非常低，完全能符合行业标准的要求。

　　4.3　除去固体物质。由于沸石分子筛为人工合成，在变压吸附过程中会产生许多微小固体颗粒，因此在产品氧气进入储罐前，必须经过过滤，一般采用精密袋式过滤器可以满足要求。

　　4.4　滤除细菌。由于空气中存在大量细菌，为了使变压吸附法得到的氧气洁净，要将产品氧气通过装有活性碳和多层滤纸的过滤器，最终才能得到所需的医用氧气。5　结论

　　虽然从空气中变压吸附制取医用氧气是一项比较复杂的技术，但只要选择好吸附剂，使用适当的流程，采用多层气体过滤系统，就可以生产出洁净的符合标准的医用氧气。