VPSA（真空圧力スイング吸着）酸素製造技術は1960年代に開発され、1980年代初頭に米国と日本で相次いで工業化された。近年、永久磁石モーターの発展と酸素製造プロセスの最適化により、海外での最低消費電力は0.3kWh/m³未満に低減された。

また、双塔式酸素システムの最大容量は6000Nm³/hを超えている。

/hを超えている。VPSA酸素製造のコストはさらに低減され、容量は年々増加している。

中国は1980年代後半にVPSA酸素製造技術の探求を開始し、1990年代初頭になってようやく小型の工業用酸素ユニットが利用可能になった。2000年代初頭、PKU Pioneerに代表されるように、高効率リチウム系吸着剤の生産とリチウム吸着剤を使用したVPSA酸素製造プロセスの工業化により、この技術は急速な進歩と広範な普及を遂げた。現在、PKU Pioneerが建設した双塔式酸素ユニットの流量は6000Nm³/hに達している。³、そしてデュアルタワー酸素システムの最大容量は6000Nmを超えています。³/h。VPSA酸素製造のコストはさらに低下し、容量は年々増加しています。

中国は1980年代後半にVPSA酸素発生技術の探求を開始し、1990年代初頭になってようやく小型の工業用酸素ユニットが利用可能になりました。2000年代初頭、PKU Pioneerに代表されるように、高効率リチウム系吸着剤の製造と、リチウム吸着剤を用いたVPSA酸素発生プロセスの工業化により、技術は急速な進歩と広範な普及を遂げました。現在、PKU Pioneerが建設したデュアルタワー酸素ユニットの流量は6000Nmに達しています。³/h、そして消費電力（純酸素）は0.3kWh/mに近づいています。³.

中国では、VPSA酸素プラントの容量は年々増加し、信頼性は着実に向上しており、高効率リチウム系吸着剤の安定生産、ラジアル吸着器の開発、信頼性の高い高周波・大口径バタフライバルブの開発などの重要な課題の解決により、エネルギー消費は徐々に削減されました。さらに、仕様も当初の単一セット2塔式酸素プラントの1,000 Nm未満から、³/hから現在の6,000 Nm³/hへと引き上げられ、複数塔の並列接続により総容量は70,000 Nm³/hを超え、単位消費電力は0.32 kWh/m未満に低減され、³ 年間の酸素プラントの98%以上が成功裏かつ円滑に運転されています。ブロワーの騒音は85dB未満の要件を満たし、工場外1mでは対策により70dB未満にもなっています。大口径バタフライバルブの無故障率は概ね8000時間以上に達し、リチウムモレキュラーシーブの使用寿命は5年以上に延長されました。ユーザーは中国のVPSA-O2設備に対する新たな認識を得て、その応用範囲を拡大しました。2018年だけでも、容量が1000 Nmを超えるVPSA酸素ユニットが70セット以上建設されました。³/h。

継続的な努力により、PKU Pioneerなどの中国企業はVPSA酸素製造における輸入モレキュラーシーブへの依存を変え、リチウムモレキュラーシーブやその他の関連製品で画期的な進歩を遂げ、新しいモレキュラーシーブ製品の産業応用を実現しました。VPSA酸素発生技術の発展と改善により、低温技術と比較して多くの独自の利点が徐々に明らかになり、中国の多くの産業における同技術の応用がさらに促進されました。

VPSA & PSA酸素発生技術の利点

1. 低エネルギー消費と低運転コスト

酸素製造プロセスにおいて、消費電力は総運転コストの90%以上を占めます。VPSA & PSA酸素技術の継続的な最適化により、その純酸素消費電力は1990年代の0.45kW·h/m³ から、現在の0.32kW·h/m未満へと低下しました。³ 一方、大規模な低温ASUの最低値は約0.42kW·h/mです。³低温技術と比較して、VPSA & PSA酸素技術は、ユーザーに窒素需要がなく、酸素プロセスが酸素純度や圧力に過度の要求をしない作業条件下で、明らかな経済的優位性を持っています。

2. シンプルなプロセス、柔軟な運転、容易な起動と停止

低温酸素発生技術と比較して、VPSAプロセスは比較的単純で、運転も比較的簡便であり、主な動力設備がルーツブロワーとルーツ真空ポンプから構成されるため、メンテナンスも容易です。起動と停止の際に冷却や加熱のプロセスがないため、VPSAおよびPSA酸素設備は開始からわずか30分で適合酸素を生成し、短時間の停止後は数分で再生成します。停止はさらに簡単で、動力設備と制御プログラムを停止するだけです。したがって、VPSA & PSA酸素発生技術は低温プロセスよりも容易であり、酸素プラントの起動と停止の運転コストも大幅に削減します。

3. 低投資と短い建設期間

VPSA酸素ユニットは、主に動力システム、吸着システム、バルブ切り替えシステムなどの少数の部品で構成されており、これにより一時的な投資を大幅に節約できます。酸素ユニットは設置面積が小さく、土木工事費や建設用地を削減できます。また、製造・加工サイクルが短く、主要な設備部品はわずか4ヶ月で納品可能であり、通常の状況下では6ヶ月以内に酸素製造要件を達成できるため、低温空気分離ユニットの約1年に比べて酸素システムの建設期間を大幅に短縮します。

4. シンプルな設備構成と容易なメンテナンス

VPSA酸素プラントで使用されるブロワー、真空ポンプ、プログラム制御バルブなどの設備は、すべて国産可能であり、スペアパーツを容易に交換してコストを削減し、建設期間を管理下に置くことができます。設備メンテナンスが簡単で、アフターサービスもタイムリーであるため、VPSA酸素プラントのユーザーは、低温空気分離装置で使用される大型遠心圧縮機のメンテナンスに比べて、多くのコストや専門的な作業員を必要としません。

5. 容易なターダウン比調整

低温液体酸素技術と比較して、VPSA & PSA酸素発生プロセスは、純酸素消費電力のわずかな変動で、製品酸素の容量と純度を迅速に調整できます。一般的に、容量は30%から100%、純度は70%から95%の範囲で調整可能であり、特に複数セットのVPSA & PSA酸素発生装置が並列に設置されている場合、負荷調整はさらに容易です。

6. 高い運転安全性

VPSA酸素システムは低圧・常温で運転されるため、液体酸素やアセチレンの濃縮などの現象が発生せず、低温酸素発生プロセスの低温・高圧運転と比較して安全性が優れています。

VPSA & PSA酸素発生技術の主な適用シナリオ

容量と信頼性の増大、酸素消費電力の段階的削減、および柔軟な運転、簡単なターダウン比調整、低消費電力、短い建設期間、高い安全性といった利点により、VPSA酸素発生技術は、酸素を柔軟に利用する必要がある産業にとって低温酸素発生の代替手段として疑いなくなり、その適用範囲は年々拡大しています。近年、VPSA酸素製造プロセスは、鉄鋼、非鉄冶金、化学工業、炉・窯、環境保護などの産業で広く使用されています。

1. 高炉酸素富化

高炉酸素富化技術の発展に伴い、高炉は鉄鋼企業における主要な酸素消費源の一つとなっています。この技術の初期適用段階では、高炉は酸素供給の調整器として使用でき、酸素富化率が高いほど酸素流量は比較的大きく、低いほど逆になります。高炉酸素富化技術の製鉄プロセスにおける重要性が鉄鋼メーカーに明らかになるにつれ、安定した高炉酸素富化率は低コストで効率的な製鉄の重要な要素となっています。鉄鋼企業では多くの酸素供給プロセスがあるため、ターダウン比は毎週、あるいは毎日変動します。低温プロセスのターダウン比調整が弱く、起動・停止時間が長いことを考慮すると、酸素消費流量が少ない場合、過剰な酸素は液化して貯蔵し、後で使用または販売する必要があり、時には換気さえ発生します。高炉酸素富化には低圧で比較的低い酸素純度が要求されることを踏まえ、多くの鉄鋼企業は高炉の近くに直接VPSA酸素ユニットを建設できます。同時に、調整器として、低温空気分離による酸素量が余剰または不足している場合、VPSA酸素ユニットはいつでも起動・停止して高炉への酸素量を増減できます。現在、VPSA酸素技術を酸素供給に採用した後、多くの鉄鋼メーカーは酸素コストを大幅に削減しています。高炉が酸素富化源としてVPSA酸素ユニットを採用することは、ほとんどの鉄鋼企業で共通認識となっています。

2. 電気炉製鋼

過去には、ほとんどの中国鉄鋼企業は電気炉製鋼に低温空気分離ユニットで生成された純酸素を使用する必要があると考えていましたが、日本では約60%～70%の製鋼メーカーがVPSA-O2システムによる93%の酸素を製鋼に使用しています。理論的には、電気炉製鋼は主に電気アーク溶解に依存し、酸素は補助的な役割しか果たさないため、VPSA酸素製造による93%の酸素は電気炉製鋼に十分適用できます。現在までに、瀘州益鑫鉄鋼有限公司、遵義長嶺特殊鋼有限公司、池州貴航金属製品有限公司などの中国企業は、すでに電気炉製鋼への酸素供給にVPSA酸素プラントの採用を開始しています。ユーザーからのフィードバックによると、VPSA酸素システムの利用は鋼材の品質に悪影響を及ぼさず、製鋼生産コストを大幅に削減できます。

3. 非鉄冶金

過去10年間、VPSA酸素発生技術は銅、鉛、亜鉛の製錬において高く評価されています。ほとんどの非鉄金属製錬プロセスは一般に、ターダウン比の変動が大きい24%～90%の酸素を必要とし、非鉄金属製錬企業ではN2がほとんど不要であるため、VPSA酸素製造技術はより簡単な操作と低消費電力という特性により非鉄金属製錬に適しています。現在、銅陵有色金属集団有限公司、紫金鉱業集団有限公司、雲南銅業股份有限公司などのほとんどの中国非鉄製錬所は、酸素富化源としてVPSA酸素プラントを選択しています。銅生産量の増加と銅製錬プロセスの改善に伴い、包頭華鼎銅業発展有限公司は4セットのVPSA酸素ユニットを順次建設し、総容量は25,000Nmを超えました。³/h。さらに、雲南省の楚雄製錬所は銅生産量の増加に伴い3セットのVPSA酸素発生ユニットを建設し、その総酸素消費量は30,000Nmに達しています。³/h増加させることになります。

4. 化学

現在、中国の一部の中・小規模窒素肥料工場では、主にVPSA技術によって、元の間欠的なガス生産を改善するために連続酸素富化発生プロセスを使用しています。また、酸素富化連続ガス化技術は、ガス生産ユニットの能力を高めることで石炭への適用性が高いです。さらに、国内外のほとんどの製紙企業は酸素生成にVPSA技術を選択しています。VPSA酸素発生技術は、ガラス繊維業界のフロートガラス用酸素富化燃焼、セメントキルンや廃棄物焼却、廃水の酸素富化曝気処理やオゾンなど、他の分野でも広く使用されています。

VPSA & PSA酸素発生技術開発の展望

過去20年間に急速に発展してきた新しい酸素発生技術として、VPSA酸素発生技術は、技術的に進歩を続け、応用分野を拡大するにつれて、多くのユーザーに徐々に認識されてきました。エネルギー消費を削減するために、新しい吸着材料を開発し、膜や低温プロセスと連携して相互補完によりさらなる応用分野を拡大することは、将来のVPSA酸素発生技術の重要な研究開発方向です。例えば、VPSAと膜酸素技術の組み合わせにより、酸素 >99%を生成でき、遠隔地や移動設備が必要な条件下での低温空気分離ユニットの代替となります。PKU PioneerなどのVPSA酸素製造に携わる中国企業は、研究開発に非常に注力しており、投資を強化することで将来のリーダーシップを目指して努力しています。VPSA-O2製造技術がますます向上するにつれて、多様な利点と大きな可能性を備えた、より広範な応用展望を持つことになるでしょう。