1 氧漂是清潔生產(chǎn)技術

用無氯漂白（TCF）或無元素氯漂白（ECF）取代CEH三段漂白，是解決制漿造紙工業(yè)對環(huán)境污染的清潔生產(chǎn)技術之一。

氧漂成為發(fā)展清潔漂白工藝的必需工藝段，由于氧無毒，本身對環(huán)境沒有污染，經(jīng)氧脫木后，后段的漂白劑和漂白廢水量可降低50%。近年來，鑒于對環(huán)境 保護的要求，國內對氧漂的興趣與日俱增。瑞典政府把氧脫木素作為新建漂白紙漿廠控制污染的一種措施。已證明氧漂白可大大降低漂白廢水中的BOD、COD色 度和總有機氯的含量，它對減少現(xiàn)代紙漿漂白廢水的污染起了重要的作用。氧漂白還可以節(jié)省其他化學藥品的消耗，與有氯漂白劑漂白紙漿相比，可以提高紙漿得 率。氧漂白液可用于黑液提取，進入堿回收系統(tǒng)，或合并到后序工段的一般廢水處理。

2 國內紙漿企業(yè)制氧設備的應用

國內氧氣漂白工藝由上世紀90年代才開始大量應用。最初的氧源選擇只有小型空氣深冷設備，較為先進的工藝流程為中壓帶透平膨脹機的克勞特循環(huán)?？諝?從大氣中吸入空壓機，被壓縮到所需的壓力，再經(jīng)末級冷卻器冷卻后進氟里昂預冷機組，被冷卻至35℃左右進入純化器，在其中除去水分、二氧化碳、碳氫化合物 等物質，進入分餾塔。經(jīng)純化后的壓縮空氣進入分餾塔的主換熱器（上），與主換熱器（下）來的氧、氮分餾分氣進行熱交換后經(jīng)節(jié)流閥與膨脹機出來的冷空氣匯合 于下塔底部的蒸發(fā)器，在下塔進行傳熱、傳質過程。液空在下塔預分后，再節(jié)流到上塔進一步分餾，在塔頂?shù)玫郊兊獨?，上塔中部抽出之餾分氣經(jīng)上換熱器回收冷量 后作為純化器再生炊冷用，產(chǎn)品純氮氣通過管道輸往用戶。產(chǎn)品氧氣在輸氧管路旁接水封器后導入貯氣囊通往氧壓機。

小深冷空分配套高壓氧氣壓縮機和氧氣灌充站作為標準配置，投資高，能耗高，運行維護量大，開車時間一般要十幾個小時，運行周期6-12個月。深冷設 備越大技術越先進，能耗越低，而紙廠用氧規(guī)模都不大。對于紙漿企業(yè)來說，作為漂白配套用設備，深冷空分設備開停不便，運行維護成本高，并不是理想的氧氣源 選擇。

目前國內用于紙漿漂白的最大深冷設備是海南金海漿紙業(yè)有限公司KDON（Ar）-2770/3200/60型空分設備，氧氣產(chǎn)量2770Nm³/h,2004年投產(chǎn)。選擇深冷設備，除了適用年產(chǎn)100萬t漂白木漿的規(guī)模，當?shù)貧庑菔袌隹瞻?，對氧、氮、氬有大量需求也是主要原因?/p>

我國變壓吸附法制氧的研究始于20世紀70年代初，到20世紀90年代才實現(xiàn)了小型裝置的工業(yè)化。變壓吸附制氧的基本原理是利用空氣中的氮氣和氧氣在沸石分子篩（ZMS）上因壓力不同而吸附性能的差異來進行氧氮分離。

最初用于國內紙漿漂白的變壓吸附制氧機都為加壓吸附（PSA）型小型設備，產(chǎn)量在100Nm³/h 以下，能耗和小深冷相當，大約1.0-1.3 kWh/Nm³而且工藝并不成熟，大多為實驗型設備。產(chǎn)量和純度不能長期穩(wěn)定，分子篩性能和裝填工藝不合格，在產(chǎn)品氣中常有粉末，大多設備投而未用或是用而不久，影響了氧漂在國內造紙行業(yè)的推廣。

VPSA流程是國外普遍采用的較為先進的變壓吸附制氧流程。國內正式投于工業(yè)化應用是上世紀90年代后期，并很快應用于國內紙漿漂白領域。其氧氣純度93%，能完全滿足紙漿漂白工藝要求，能耗0.4～0.5 kWh/Nm³,與全低壓大深冷空分相當，開車時間只要幾分鐘，能隨時開停車，無論在設備投資還是在操作成本方面都具有很強的競爭力。

云景林紙股份有限公司是國內第一家采用ECF四段無素氯漂白工藝生產(chǎn)的制漿企業(yè)，所生產(chǎn)的紙漿具有白度、潔凈度高，綠色環(huán)保等優(yōu)點。采用芬蘭AHLSTROM三段壓力篩、氧脫木素和四段漂工藝，配套國產(chǎn)VPSAO-360型變壓吸附制氧機，年產(chǎn)10t漂白木漿。

四川永豐紙業(yè)股份有限公司無氯漂白制漿生產(chǎn)線，年制漿能力8萬t ,竹漿全無氯潔白的代表，配套VPSAO-260型變壓吸附制氧機為VPSAO-210型。

目前國內最大的用于紙漿漂白的變壓吸附制氧設備是山東亞太森博漿紙有限公司為年產(chǎn)22萬t漂白硫酸鹽木漿配套的VPSAO-700型變壓吸附制氧機。

目前國內草漿比重很大，但氧漂在草漿上的應用還是空白。草漿進行氧脫木素，在技術上是可行的，但經(jīng)濟上是合理的。由于草漿木素含量低，麥草漿的含氧 漂白具有更好的選擇性，紙漿黏度高，強度好，比木漿更容易實惠TCF漂白。利用工廠現(xiàn)在的降流式堿處理塔或次氯酸鹽漂白塔，僅需增加少量輔助設備，即可實 施，對我國傳統(tǒng)漂白工藝的改造和減少環(huán)境污染具有重要的現(xiàn)實意義。

3 氧漂用VPSA制氧設備介紹

VPSA制氧系統(tǒng)主要由鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經(jīng)吸主口過濾器除掉灰塵顆粒后，被羅茨鼓風機增壓至 30-50Kpa而進入其中一只吸附器內。吸附器內裝填吸附劑，其中水分、二氧化碳及少量其他氣體組分在吸附器入口處被填于活性氧化鋁上部的沸石分子篩所 吸附。而氧氣（包括氬氣）非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產(chǎn)品氣排至氧氣緩沖罐。當該吸附器吸附到一定程度，其中的吸附劑將達到飽和狀態(tài)，此時通過切換 閥利用真空泵對之進行抽真空（與吸附方向相反），真空度為65-75Kpa。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其他氣體組分被抽出并排至大氣，吸附劑得 到再生。VPSA的每個吸附器都交替執(zhí)行吸附-解吸-沖壓步驟。這三個基本的工藝步驟由PLC和切換閥系統(tǒng)來實現(xiàn)自動控制。

VPSA制氧裝置流程簡單，設備數(shù)量少，基建費用少，對廠房要求也不高，基建費用僅占設備總投資的5%～10%。

VPSA裝置能全看動無負荷運轉，且停車后，吸附塔內氣氛穩(wěn)定，重新開車后幾分鐘就能出產(chǎn)品。簡單的啟動及停車能避開用電高峰運行，降低生產(chǎn)成本。

VPSA裝置本身很簡單，運轉機器數(shù)量少，動設備為羅茨鼓風機和羅茨真空泵，因其工作原理都為容積式，無油，常溫常壓下操作，維修保養(yǎng)工作量少，費 用低。年設備開車率98%左右，且其中有50%是因為故障停車，如冷卻少供應故障及電力故障等。設備正常維修保養(yǎng)停車約每年5d，由于風機真空泵注油，動 設備的定期維修保養(yǎng)和操作人員負責空氣過濾器之無紡布的定期更換（周期為1-2月）等。分子篩使用壽命10a以上，切換閥門閥座一般2-3a方更換一次， 真空泵軸承及油封在正常使用條件下壽命為3-5a.

4 VPSA制氧設備是廉價適用的氧氣源

VPSA制氧設備工藝成熟，目前國內兩塔流程水平已和國際同步，一般能耗0.4-0.5 kW.h/Nm³，純度91%～92%，全看上去控制，單位氧成本0.4元/Nm³左右（當?shù)赜秒妰r格差異）而目前市場單位氧氣價格為大約1元/Nm³.

深冷空分目前國內最先進的是第六代產(chǎn)品,除采用規(guī)整填料塔和全精餾制氬這兩項核心技術外,并應用高效率高壓增壓透平膨脹機、液體內壓縮流程、大截面 在規(guī)格板式換熱器和常溫分子篩凈化等技術，空分裝置氧提取率達到97%-99%，氬提取率達到75%-88%，制氧電耗降到至0.40-0.42 kW.h/Nm^3.但自動化控制，停留在上世紀80年代中期的水平上且設備產(chǎn)量一般在6000 Nm^-3。h^-1以上，目前國內紙廠規(guī)模都不適用。

深冷制備一般可產(chǎn)氧氮兩種產(chǎn)品，紙漿企業(yè)氮氣是間隙用氣，且用量不大，如果儲運銷售，市場競爭力不強，大部分都是放空浪費。氧氣產(chǎn)量調節(jié)也較為困難，調節(jié)時間要1h，配置灌充平臺，產(chǎn)量不大，市場銷售也不經(jīng)濟。

加工處理的原料空氣中的氧氣并不能被完全提取。PSA加壓吸附制氧機，原料空氣先加壓0.4Mpa吸附制取氧氣，再靠常壓放空解吸。其特點是分子篩要求低，設備相對簡單，但能耗較高。一般產(chǎn)量100Nm³/h以下，較為經(jīng)濟。因其較高的產(chǎn)品出口壓力，目前較多應用于污水純氧曝氣，富氧水產(chǎn)養(yǎng)殖等領域。

目前國內制漿企業(yè)用氧規(guī)模在幾百個立方米，紙漿氧漂壓力一般為0.8Mpa。VPSA變壓吸附制氧設備，低壓吸附制氧，抽真空解吸，產(chǎn)品氧氣根據(jù)用戶需要配置增壓氧壓機，再送用戶使用，能耗低，制漿企業(yè)配置更為經(jīng)濟。