要約：本文は変圧吸着酸素製造技術の工業環境保護分野での応用の成功例を紹介し、すなわちオゾン脱硫脱硝装置に簡単で実行しやすく、かつ高基準の現場酸素源を提供し、そして変圧吸着酸素製造技術のオゾンガス源に用いる優位性と特性を紹介した。

　　キーワード：変圧吸着VPSAによるオゾン脱硫脱硝による環境保護

唐鋼青龍炉料有限公司の球団排ガス酸化脱硝技術モデルプロジェクトは、「第13次5カ年計画」の国の重要な研究開発課題であり、今年5月に全線操業を開始し、大きな成功を収めた。測定により、処理後の煙草ガス中のペレット状煙草、二酸化硫黄、窒素酸化物の排出濃度はそれぞれ<5 mg/Nm 3、20 mg/Nm 3、30 mg/Nm 3で、いずれも国が最新に発表した超低排出基準より優れている、また、運行エネルギー消費量は現行の他の脱硝技術より著しく低く、運行費用は約4元/トンのペレット鉱山で、現在我が国の鉄鋼業界が採用している主流脱硝技術の運行コストより約50%低く、1回の建造コストも主流技術の建造コストより低い。[1]

本脱硫脱硝モデル事業において、オゾン発生器はその核心設備である。オゾン発生器の動作原理は一定流量、露点、圧力、温度及び清浄条件下の酸素であり、特定の放電構造を通過する時、高周波高圧下で非常に強い誘電体バリア放電が発生し、一部の酸素分子は自由状態の酸素原子（O）に分解され、これらの自由状態の酸素原子は分解されていない酸素分子と再結合してオゾン（O 3）を生成し、その化学反応方程式はO＋O 2＝O 3である。そのため、オゾン発生器の安定した効率的な運転を保証するには、その酸素ガス源に対してより厳しい技術要求を提出しなければならない。

1）定格ガス量（Nm³/h/台）：650（通常運転3台、全負荷運転4台、不定期交換予備機、これはガス源の負荷調整能力に対してより高い要求を提出した）

2）常圧露点（℃）：≤-60

3）酸素純度（VOL）：90%（オゾンプロセスに対して酸素純度が高いほど良いわけではなく、関連実験により90%純度で効果が高いことが明らかになった［2］）

4）残油含有量（Mg/m³）：≤0.005

6）炭化水素含有量（mL/m³）：≦20

7）吸気定格運転圧力（MPa）：0.3

8）給気温度（℃）：≦40

本プロジェクトのセット酸素源は変圧吸着による酸素製造技術を採用する。変圧吸着装置は金属製錬、化学工業、工業窯などの分野で広く応用されている[3]。唐鋼青龍プロジェクトの技術要求に協力するため、北京大学の先鋒はラジアルベッド吸着器技術と第3世代酸素分子ふるいを採用し、創始的な双ファンポンプ変圧吸着システムを採用した設計大ファンポンプグループが正常に運行している場合、小風ファンポンプグループはユーザーの必要に応じてオンラインでシステムに切り込み、あるいは切り出して、オゾン装置の負荷調整に対する要求に対応することができる。本セットの変圧吸着酸素製造装置には3つの特徴がある：

1.オゾン脱硫脱硝装置に高標準酸素源を提供する：

（1）オンライン圧力露点≦−72℃、

（2）酸素純度が90 ~ 91%の範囲内で安定している、

（3）排気温度<40℃（適切な吸気温度はオゾン発生器の放熱に有利である）、

（4）吸気圧力は0.3±0.01 MPaの範囲内（吸気圧力の安定はオゾン発生器の正常な動作に有利である）、

（5）システムの末端に高効率低抵抗酸素フィルタを添加し、各指標がすべて技術要求より優れていることを確保する、

2.簡単で実行しやすく、操作が柔軟で、負荷調節が便利で、切り替えが便利であることを体現している：

停止時、システムは全負荷運転から全停止まで20分を超えない、

（2）負荷調節が便利：ワンタッチで小型ファンに切り替えたり切り出したりして、1分以内に自動的に切り替えて完成することができて、他の生産調整モードは生産能力を25%~ 100%から自由に切り替えることができます；

（3）操作が便利：先進的な制御システムと方案を採用したため、全遠隔起動停止、警報インターロック、自動オンライン制御、ワンタッチ起動と無人職務を実現することができる。操作が比較的簡単なため、作業員に対する専門的な要求も適切に緩和したり、他の職場のオペレータがアルバイトをしたりしてコストを節約したりすることができます。

3.本セットの酸素製造装置は以下のいくつかの利点と特性を持っている：

（1）エネルギー消費が低く、運行コストが低い：本装置は北京大学パイオニアのラジアルベッド吸着器技術、第三世代酸素分子篩と双ファンポンプ技術を採用し、通常の情況で3台のオゾン発生器を投入しても、全負荷で4台を投入しても、製品の酸素純度が90%に達した時、純酸素消費電力を換算しても≦0.33 kwh/Nm 3である。

（2）運行が安定し、メンテナンスが便利で、メンテナンスコストが低い：酸素製造システムの構成が小さいのは大小2セットのファンポンプ、2台の吸着器と1セットのバルブ計器と制御システムだけである。2つの独立系システムに比べて、本装置はバルブと計器、制御要素を大量に削減した。また、北大先鋒の先進的な制御方案のため、本装置の安定性、使いやすさ、メンテナンスのしやすさも質の飛躍を遂げ、さらに北大先鋒が制定した予防式メンテナンス計画に協力し、メンテナンスコストは国内同業界より約15 ~ 30%低い、

（3）常温操作、安全性が高い：VPSAは常温での低圧操作であるため、液体酸素、アセチレン濃縮などの危険要素が存在せず、システムの安全性が高く、さらに鋭敏な警報システム、インターロック制御システムは安全上の危険性を効果的に排除でき、設備の安全をさらに保障する。

また、大小ファンポンプの組み合わせを採用した単一セットの変圧吸着システムの総合的な建造費はより低く、独立した2セットの変圧吸着システムの投資コストより約15 ~ 30%低く、深冷空分設備の投資収益率よりも優れている、

（5）騒音が小さい：本プロジェクトは一体化防音工場の建物を採用して設備の基礎を完成し、鉄骨構造のフレームを立てて設備の設置に任せ、設置が完成してから防音モジュールと屋根を設置し、設備の設置と基本的に交差作業がなく、工場の建設速度を速めるだけでなく、防音効果は普通の工場の建物より良く、騒音値≦80 dBを検収する。

我が国の変圧吸着酸素製造技術の成熟に伴い、設備の大型化の発展傾向が明らかになった。鉄鋼、非鉄製錬などの業界に比べて、脱硫脱硝分野に用いられる酸素製造設備は一般的に中小型酸素製造に属し、ユーザー企業は設備操作の柔軟性、使い易さ、全体的な価格比に対してより精確で緻密な要求を提出した。北京大学の先鋒は変圧吸着酸素製造技術の長年の研究開発と応用経験に基づいて、中小型酸素製造設備の各運行指標に対して絶えずアップグレード最適化を行い、複雑な作業状況の需要を満たす。

総合的に、北京大学の先鋒の変圧吸着酸素製造装置は唐鋼青龍炉料有限公司のオゾン脱硫脱硝技術に簡単で容易で高基準の現場酸素源を提供し、オゾン生成を満たし、後続の脱硫脱硝技術段階のガス使用需要を保障した。