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产学研结合,持续创新—— 新型变压吸附制氧设备技术研发及产业化


2009-11-26 10:17:38  

     氧气在工业和日常生活中具有非常广泛的用途。与传统的深冷空分制氧相比,变压吸附空分制氧具有能耗低、工艺条件温和、流程简单、自动化程度高、操作方便、投资小、建设周期短等优点,是一种高效低耗的新兴空分制氧技术。但是,该技术的核心——锂离子交换的低硅铝比X型分子筛(LiLSX)高效吸附剂一直为国外大公司所垄断,严重制约了我国变压吸附空分制氧技术的发展。2000年以前,国内变压吸附制氧装置均采用传统的分子筛吸附剂,制氧能耗高(0.45~0.55kWh/m3·O2)、产氧规模很难超过1000m3/h。

      北京大学化学学院“气体分离净化技术研究组”,主要从事变压吸附气体分离净化技术研发,其变压吸附制氧技术研发项目于1995年立项,旨在开发成功高效变压吸附空分制氧吸附剂及成套真空变压吸附空分制氧技术,为我国有关行业提供廉价制氧方法,推动我国变压吸附空分制氧技术水平的提高,打破国外公司在中国的技术垄断地位,1998年新型高效制氧吸附剂项目取得突破性进展。为促进该项目的产业化,1999年,在北京大学科技开发部的积极推动下,北大资源集团与北大化学学院气体分离净化技术研究组进行合作洽谈,最终北大资源集团出资570万元,北大科技开发部代表北京大学以北大化学学院开发的高效制氧吸附剂生产技术折合430万元出资入股,共同组建北京北大先锋科技有限公司(以下简称“北大先锋公司”),气体分离净化技术研究组全体技术人员加入北大先锋公司。

      随后,北京北大先锋科技有限公司于2000年开发成功具有自主知识产权的PU-8型新型高效制氧吸附剂制造技术,并以此吸附剂为核心,开发成功两塔、三塔、五塔流程的新型变压吸附空分制氧技术,并利用该技术为用户建设了多套变压吸附制氧装置,制氧能耗与国外先进水平相当,产氧规模则超过国外公司产品,可达10000m3/h以上。

    项目特点

      1、基础研究与实际市场需要相结合。研究组根据国内外空分制氧技术的发展现状和趋势,以高效变压吸附空分制氧技术的研究开发为方向,并以研制新型高效变压吸附空分制氧吸附剂为核心课题,研发工作方向明确、核心突出。

      2、理论指导实际。在基础理论的指导下,研究组发明了高效离子交换新工艺,使极难交换的锂离子在LiLSX分子筛上的交换度很容易达到99%以上,且昂贵的锂的利用率接近100%;发明了特殊结构的焙烧炉,解决了LiLSX分子筛焙烧时结构极易被破坏的难题,使生产出的吸附剂不仅保持了高的氮吸附性能,同时具有好的机械强度和极低水含量;通过实验室的大量条件试验结果,解决了低硅铝比X型分子筛大规模制造时易出杂晶的难题;以上研究成果为低成本生产高质量PU-8吸附剂产品奠定了坚实基础。此外,研究组还发明了特殊结构的吸附塔气流分布器,使吸附塔直径放大时能够保持气流分布均匀,为变压吸附空分制氧装置大型化解决了一个关键难题。

      3、工理结合开发成功成套工程技术。变压吸附制氧设备属于工程性的成套工艺装置,实施过程包括:工艺设计、工程设计、配套设备选型采购、非标设备设计制造、土建工程、安装工程以及调试和试车等,开发这样一项成套工程技术对于北京大学这样一个文理综合大学来说是具有相当难度的。因此,研究组的工作重点除高效吸附剂研制外主要集中于工艺流程的开发,而工程性的内容则通过北大先锋公司聘请专业工程技术人员、与专业设计院合作的方式完成,工科、理科优势互补,顺利完成了成套工程技术的开发。

      4、产学结合开拓市场、推广应用。本项目的产品和技术具有生产性和工程性的特点,由北京大学进行推广应用显然是不现实的。因此,由北京大学科技开发部与北京北大资源集团合资组建了北京北大先锋科技有限公司,在获得资本支持的基础上,通过建设吸附剂生产装置、完善组织机构和落实管理、打造工程实施队伍和市场营销队伍,积极进行产品和技术的市场推广应用,同时在过程中依托北京大学强大的科研力量不断完善产品和技术,使本项目的产品和技术成功推向市场,获得了良好的经济效益和社会效益。

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