变压吸附 (Pressure Swing Adsorption，PSA)，其基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。

目前变压吸附技术广泛应用于空气分离制取O₂及N₂，含CO、H₂、CO₂等气体组分的分离净化（如各种造气炉及大量的工业尾气），乙烯、乙烷等常见石油裂化气体以及瓦斯气浓缩CH4等领域，随着技术的进步，正在逐步扩充应用的范围。

上世纪70年代，美国联合碳化物公司首次实现变压吸附（PSA）制氧技术工业化，采用常压解吸（PSA）工艺，吸附剂是CaA吸附剂，氮气吸附容量低、制氧能耗高。

进入到90年代，采用LiX吸附剂的真空变压吸附（VPSA）制氧技术成为国际主流工艺，更加适合于装置大型化的需求。我国变压吸附法制氧的研究几乎与国际同行同期开展，但受限于优质吸附剂国内生产能力低、对吸附塔和整体工艺的技术研究水平落后等原因，国内变压吸附制氧行业长期发展缓慢，装置规模化瓶颈、制氧能耗高、吸附剂更换频繁等问题频现，对生产的影响较大，这一时期国内大型化VPSA制氧装置几乎全系进口，价格昂贵，使用了大量宝贵的外汇。

进入到90年代末期，北京大学谢有畅教授领导的气体分离净化中心团队率先实现氮氧选择性能和氮气吸附容量双高的高效LiX制氧吸附剂稳定量产后，国内首次开始使用LiX制氧吸附剂进行成套工业变压吸附制氧装置的工艺集成设计制造，从此由我国自主生产并采用高效LiX制氧吸附剂的变压吸附制氧装置逐渐得到广泛应用。

近年来，随着气体市场的逐渐规范、成熟、壮大，国内一线变压吸附厂商不仅将眼光局限于设备销售领域，本着专业人做专业事的理念，同时开始进入现场制气供气的专业化运营服务市场，实现了智能化无人值守，标志着国内变压吸附制氧进入新的发展时期。

制氧吸附剂主要依靠其对氮气的选择性吸附而穿透氧气的功能，从类型来讲常见主要分为钙基的CaA和CaX、锂基的LiX。CaA和CaX吸附剂是沿用上世纪80年代的传统分子筛，其成本较低，但制氧的能耗较高，且装填量数倍于LiX，无论是从吸附塔的占地还是长期使用的运营成本方面，都存在较大的劣势与不足，目前仅在小型的常压解吸型变压吸附（PSA）有使用。

采用锂离子高交换度的低硅铝比X型（LiLSX）高效制氧吸附剂，是LiX型吸附剂中最优质的产品，“氮气吸附容量”和“氮氧选择性”这两项吸附剂关键指标均远超CaA和CaX型制氧吸附剂，优质的LiX吸附剂由于氧气收率高，故吸附剂的装填量较少，所配套的动力设备运行负荷也相应减小，因此大幅降低了制氧装置的直接投资和运行能耗，提高了制氧装置的经济指标。例如国内最早实现工业化稳定量产的PU-8型高效锂基制氧吸附剂，曾荣获国家教育部科学技术进步奖一等奖。

通过加压吸附，用抽真空减压解吸的空气分离制氧的方法，称为VPSA，真空变压吸附制氧。

变压吸附制氧是以空气作为原料气，通过鼓风机使空气在加压的情况下穿过吸附床层，空气中的氮气，二氧化碳和水这些组分就被吸附剂吸附，剩余组分穿过吸附剂，从而得到富集的氧气，之后吸附饱和后的吸附剂通过真空泵抽真空降压解吸，随着压力降低，吸附在吸附剂上的氮气、二氧化碳和水这些组分解吸出来。如此交替往复，这就是真空变压吸附制氧的基本原理。

变压吸附（VPSA）制氧装置一般都通过以上所示的操作步骤来分离富集氧气。在一个周期内，每个吸附塔需经过“吸附”、“均压降”、“解吸”、“冲洗”和“均压升”这五个步骤。

（1）吸附步骤

空气经过滤器除去机械杂质后，经罗茨鼓风机进入吸附塔内，其中空气中H₂O，CO₂，N₂被吸附剂吸附，由于O₂在吸附剂中吸附很少，不断地在气相中得到富集，并从吸附塔的出口排出。经此步骤制取的氧气一部分被送往缓冲罐输出界区，另一部分则预留给下一步骤对低压吸附塔进行冲洗升压。

（2）均压降步骤

在“均压降”步骤中，富氧气沿着吸附塔出口流入另一个处于均压升步骤吸附塔，对另一个吸附塔进行升压。

（3）真空解吸步骤

在“均压降”步骤结束后，为使杂质尽可能解吸，就必须还要对该塔进行抽真空降压。VPSA相对于PSA而言，最大差异之处也正是这一步，即通过真空泵对吸附塔的进一步抽空，促使塔内杂质分压降低，使其解吸出来，经真空泵排出吸附塔外。

（4）冲洗步骤

为了使吸附塔的杂质解吸更彻底，在“真空解吸”末尾阶段，将从另一高压吸附塔引入一小股产品氧气对该塔的吸附剂进行清洗，此时塔内的氧气分压升高，而杂质分压进一步降低，使吸附剂再生更彻底，更利于下一个循环的吸附。

（5）均压升步骤

经过“真空解吸”和“冲洗”后，吸附塔内的吸附剂再生完毕。此时塔内压力较低，为了快速恢复至吸附压力且保证吸附前沿不过快上移，需要引入另一个处于均压降步骤的吸附塔排除的富氧气进行升压，“均压升”结束时，吸附塔的压力达到吸附工况要求压力，做好了下一个吸附周期的准备。

以上各步骤的切换主要由控制系统和专用开关蝶阀完成。控制系统按照各步骤的先后逻辑（简称“时序逻辑”）来开关各专用蝶阀，进而控制吸附塔在“吸附”、“均压降”、“解吸”、“冲洗”、“均压升”等步骤过程中的时间长短，以此实现氧氮分离，最终制取符合要求的产品氧气。

PSA-CO的基本原理是利用吸附剂的选择吸附性，吸附混合气中的CO，再通过减压或抽真空的形式将CO解吸出来，实现分离CO的目的。

通过与5A分子筛的吸附曲线比较可以看出：载铜分子筛的吸附性能更卓越。一方面对CO有极高的吸附量，这得益于活性组分Cu+对CO的络合吸附。另一方面对其他气体几乎不吸附，因为CuCl将分子筛表面原来的活性中心覆盖掉了，更难得的是对于原先吸附量很大的CO2也有很大程度的降低。因此在处理CO2含量不高的原料气时可以不用脱除CO2，直接吸附分离CO即可，这也是一段法PSA名称的由来。

Cu系分子筛的卓越性能在于其吸附原理是将物理方法和化学方法结合起来，一方面利用分子筛载体的超大的比表面积，一方面利用Cu+与CO间的络合作用。我们将CuCl单层分散在分子筛内表面上，最终制得了高效载铜分子筛。

与深冷分离方法相比较，PSA-CO装置具有操作工艺简单、开停车时间短、负荷调整范围大、自动化程度高等优点。每次开停车只需几十分钟，同时根据下游需要可以随时通过简单的调整操作步骤时间即可实现30%～100%范围内的负荷调整，可以大幅度节约装置调试和试运行期间的费用，间接地节约了装置投资。

变压吸附装置由吸附塔、真空泵、压缩机、程控阀门等组成，设备简单，易操作，普通员工经简单培训即可熟练掌握。配套设备均可在国内采购制造，装置安全性保障容易实现，安装施工难度低，建设周期短。

由于以上优点，PSA-CO技术广泛应用于煤化工合成气及各种复杂尾气的处理中，国内开车业绩涵盖气流床煤气、水煤气、半水煤气、天然气转化气、电石炉气、醋酸尾气、高炉煤气等等原料气的处理，用于生产下游化工产品，比如：醋酸、丁辛醇、TDI、乙二醇等。

目前，工业氧气的生产途径主要包括深冷空分制氧、变压吸附制氧、膜分离制氧。变压吸附制氧是一种先进的气体分离技术，在当今世界的现场供气方面具有不可替代的地位，变压吸附制氧设备主要特点：

1、装置工艺流程简单、结构紧凑、设备投资省；

2、装置占地面积小，约为同等规模深冷空分的1/3；

3、装置自动化程度高，可实现24小时全自动运行，也可以通过通讯接口实现远程监控;

4、开停车方便，通常0.5h内即可产出合格氧气；

5、装置运行和维护费用较深冷法制氧低，通常产品单耗0.33-0.35kWh/m³纯氧；

6、变压吸附属于常温低压设备，安全性能好；

7、负荷调节方便，变压吸附制氧设备可根据用气量的变化而调整负荷，单套装置可实现50%-100%负荷调节；

综合以上变压吸附制氧的特点，通常认为：深冷法制氧技术在大型化、高纯度用氧条件下具有一定优势，而变压吸附制氧具有成本低、操作方便、负荷调节范围广等优势，在灵活多变的用氧场合且氧气纯度要求不太高的情况下更具优势。