气体分离方法的种类与特征
目前，混合气体的分离方法主要有低温精馏法（简称深冷法），变压吸附法（也称PSA法）和高分子膜法。前者称低温法，后两者称非低温法。
1 深冷分离法
深冷分离法是林德教授于1902年发明的,其实质就是气体液化技术。通常采用机械方法,如用节流膨胀或绝热膨胀等方法，把 气体压缩、冷却后，利用不同气体沸点上的差异进行蒸馏，使不同气体得到分离。其特点是产品气体纯度高，但压缩、冷却的能耗很高。该法适用于大规模气体分离过程，如空分制氧。目前，在我国制氧量的80%是用该法完成的，经过多年的努力，其能耗最低可降至0.038kW·h/m3 O2。
2 变压吸附法
变压吸附法是Skarstrome等人于1960年发明的，最初在工业上主要用于空气干燥和氢气纯化。1970年后才开发用于空气制氧或制氮，1976年后逐渐开发成功用碳分子筛，或用沸石分子筛的真空变压吸附法，从空气中制氧或氮，1980年实现了用单床PSA 法制取医用氧。
吸附分离是利用吸附剂只对特定气体吸附和解吸能力上的差异进行分离的。为了促进这个过程的进行，常用的有加压法和真空法等。分子筛变压吸附分离空气制取氧的机理，一是利用分子筛对氮的吸附亲合能力大于对氧的吸附亲合能力以分离氧、氮；二是利用氧在碳分子筛微孔系统狭窄空隙中的扩散速度大于氮的扩散速度,，使在远离平衡的条件下可分离氧、氮。
变压吸附法制氧、氮是在常温下进行的，其工艺有加压吸附/常压解吸或常压吸附/真空解吸两种，通常选用沸石分子筛制氧，碳分子筛制氮。1991年，日本三菱重工制成世界上最大的PSA制 氧设备，其氧产量可达8650m3/h。我国的PSA制氧设备已初步系列化，其产氧量最高可达2600m3/h，氧纯度≥90%。德国林德公司20世纪80年代以来的单位氧产品能耗最低可达0.042kw·h/ m3O2(氧出口压力01MPa纯度为93%)。
3 膜分离法
气体膜分离技术是20世纪70年代开发成功的新一代气体分离技术,其原理是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解-扩散上的差异，即渗透速率差来进行分离的。现已成为比较成熟的工艺技术，并广泛用于许多气体的分离、提浓工艺。膜法的主要特点是无相变，能耗低，装置规模根据处理量的要求可大可小，而且设备简单，操作方便，运行可靠性高。各种气体分离方法的规模、经济性、技术成熟程度、能耗和用途等的比较见表1。
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表1 各种气体分离方法的比较
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4 集成膜过程的发展与展望
从上面的分析不难看出,各种分离方法都有其优点和使用范围，也都有其生存和发展的空间。不过从长远的观点来看，膜分离法和变压吸附法随着技术的改进和应用范围的拓宽，它们在气体工业中所占比例将会越来越大（参见表1）。但是,面对生产中巧遇到的实际问题，只靠一种分离技术是很难有效解决的。因此,近年来把一些分离技术有效地整合起来的集成分离技术正在引起人们的普遍关注，并正在开发新的工艺流程。例如膜分离法与变压吸附法整合，用于提高氢的回收率或氢的纯度；或用于从天然气中回收CO2，或回收氮；或用于从空气中生产干燥的氮气或同时从空气中得到氮和氧两种产品气。又如,膜分离法与深冷分离法整合，也可用于从天然气中回收氮,以及膜法与化学催化反应的整合,可提高反应速率等。最近戈尔推出的全规模集成过滤系统,将PTFE膜与静电沉淀技术相结合，用于空气污染的控制，可将燃煤电厂99.99%的细小灰尘除掉，而且运行费用低，元件用量少，且更加可靠。
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