变压吸附是一种方便、快捷、高效的制氧方法,且技术日趋成熟,在中小规模的工业生产得到广泛应用。变压吸附制氧技术不论是在研究还是在应用方面,主要集中在平原环境,对于在缺氧的高原环境中的应用研究甚少。为使变压吸附制氧技术在高原地区得到应用,实验将对高原环境中变压吸附制氧工艺进行研究,探讨吸附时间、均压时间和氧气流量对氧气浓度和回收率的影响。根据三种Li分子筛的吸附特性,设计了变压吸附制氧工艺。分别在平原环境和低压模拟舱中进行实验,平原环境中加压吸附,常压解吸,分离空气的氮气,制备氧气;高原环境中,加压吸附,真空解吸,分离空气中的氮气,制备氧气。以建立的变压吸附工艺流程为基础,通过理论计算进行了吸附塔结构设计,确定了吸附塔高径比等结构参数,并通过实验研究分别确定了制氧工艺流程的吸附时间、均压时间、氧气流量,运用Design Expert软件将得到的实验数据进行条件优化,得到了最佳的实验条件和回归模型。通过平原环境中的实验数据分析得出三种分子筛性能最好的为JLOX和MDX分子筛,SXS分子筛次之,这与三种分子筛的参数相符。单因素分析可知,氧气浓度和回收率随吸附时间的增大而增大,均压时间越长,氧气浓度和回收率越大,流量增大,氧气浓度先保持不变后下降,回收率增大。随着海拔升高,在保持氧气浓度不变的前提下,流量不断减小,而回收率增大。通过响应面分析得出平原环境中JLOX分子筛的最佳实验条件:吸附时间7.0 s,均压时间1.0 s,流量6.31 L/min氧气浓度为94.49%,回收率为32.51%。响应面分析海拔3.0 km的实验数据,MDX分子筛的最佳实验条件:吸附时间8.0 s,均压时间1.0 s,流量4.81 L/min氧气浓度为93.55%,回收率为38.95%。以Li分子筛为吸附剂,建立了基于PLC控制的变压吸附氧气制备工艺,该工艺可有效分离空气中的氧气和氮气,制备出高浓度氧气,在高原地区具有广阔的应用前景。