膜法富氧：优越的原料气和广泛应用

与膜法氢气回收相比，膜法富氧或富氮的原料气为空气，其组成恒定不变，不含对高分子膜有害的杂质组分。空气在进入组件之前不需要经过特别的预处理，只需除去压缩空气中可能含有的少量冷凝水和压缩机油滴，流程更为简单。

空气中氧浓度仅有20.9%（体积分数）。为提高膜法富氧的生产能力，富氧膜多采用渗透系数大的高分子材料制成。硅橡胶是典型的富氧膜材料，其氧氮分离系数仅为2.0，现有富氧膜的氧氮分离系数为2.0～3.0。通常操作条件下，用这样低分离系数的膜制得的富氧空气氧浓度为28%～40%（体积分数），若要制取50%以上的富氧空气，需采用多级膜分离，这就导致设备投资和操作费用的大幅度上升。目前，大用量、高纯度氧的市场主要是由低温精馏法（纯度99.999%）和变压吸附法（纯度95%）所占据。而膜法富氧在很多不需要超高纯度氧气的场合，如富氧助燃、医疗用富氧机等方面具有较强竞争力。

1.膜法富氧助燃　富氧可以提高火焰温度，加快燃烧速度，促进燃烧完全，减少燃烧后的排气量，增加能量利用率，减少燃料消耗。20世纪80年代初，许多发达国家投入了大量的人力物力来研究膜法富氧技术。日本有近20家公司推出了膜法富氧助燃装置，它们在不同场合进行了富氧应用试验，得出以下结论：用23%的富氧助燃可节能10%～25%，用25%的富氧助燃可节能30%～40%，用27%的富氧助燃节能高达30%～50%。

富氧助燃在内燃机上也显示出了诱人的应用前景。过去，为保证内燃机燃烧完全，提高动力性能，经常采用废气涡轮增压技术，涡轮的高转速非常容易使设备产生故障，还存在额外的动力损耗。若采用富氧空气燃烧技术，一方面可以提高燃料的燃烧效率和动力性能；另一方面可以减少排气量，减少外流的热损失；再有内燃机的进气是依靠活塞自上止点向下运行时所产生的真空抽吸力进行的，故在其制备富氧空气时不需消耗其他任何能源，也无需增加任何辅助设备，可以简化富氧空气的制备过程。(www.xing528.com)

国外绝大部分用的是整体增氧助燃，即燃烧所需空气全部用富氧空气代替，所以投资大。国内采用的是局部富氧助燃技术，相对投资要少得多。表9-7为膜法富氧助燃装置在北京玻璃六厂一号炉运行5个月后的测试结果。

表9-7　膜法富氧助燃的使用结果

2.医用膜法富氧机　20世纪80年代初，日本和美国率先进行膜法富氧机的研究，其特点是操作简便，安全可靠，富氧空气浓度可随时调节。通常操作条件下，制得的富氧空气的浓度不超过40%，不存在使患者发生氧中毒的危险；此外，由于高分子膜对水蒸气的渗透率很大，采用膜法富氧机制得的富氧空气不必加湿即可供呼吸。日本、美国已有多家公司生产家用膜法富氧机定型产品；大连化学物理研究所研制的膜法富氧机已用于长期低流量氧疗。