隨著各行業(yè)發(fā)展和技術水平的提升，用戶對壓縮空氣的品質(zhì)要求也越來越高，特別是不少用戶在深受壓縮空氣中的油的困擾后，對無油壓縮空氣的需求顯得較為迫切，本來就如何獲取無油壓縮空氣的方法做相應的討論。

01

現(xiàn)有的可獲取低油或無油壓縮空氣的設備

目前市場上可獲取低油或無油壓縮空氣的設備繁多，有明顯效果的我們總結出以下幾種。

1.1 精密過濾器

精密過濾器是針對污染物粒度大小分別以直接攔截、慣性碰撞、擴散攔截和聚結的形式對污染物顆粒進行去除，其過濾精度主要受濾芯的孔徑及濾芯結構影響，在對粉塵、液滴等進行去除的同時可去除絕大部分的懸浮油和液態(tài)油，但是無法去除油蒸氣，因此僅使用精密過濾器無法達到深度除油效果。

1.2 冷凍式干燥機

冷凍式干燥機簡稱冷干機，是壓縮空氣凈化中的常用設備，主要用于壓縮空氣的脫水。其通過冷媒與壓縮空氣進行熱交換，利用水蒸氣在不同溫度下飽和蒸氣壓的差別，在降低壓縮空氣溫度的同時使大量的水蒸氣冷凝為液態(tài)水，再通過汽水分離脫除大部分水，通常通過冷干機的壓縮空氣壓力露點值在3～10℃的范圍內(nèi)。

冷干機對于油的脫除也具有較好的效果。油蒸氣在不同溫度下的飽和蒸氣壓是有差別的，溫度越低，油中對應物質(zhì)的飽和蒸氣壓也就越低，壓縮空氣里的油蒸氣含量也就越低，加上溫度的降低使得液滴狀的油品的粘度變高而不易流動，因此低溫狀態(tài)下壓縮空氣復熱前通過精密過濾器及時脫除冷凝的水和油，會起到事半功倍的效果，除油效率可達99%以上。

1.3 無油空氣壓縮機

無油空氣壓縮機主要指在空氣壓縮過程中不使用潤滑油，區(qū)別于有油潤滑空氣壓縮機在壓縮環(huán)節(jié)帶入大量的油的情況，實現(xiàn)提供低油或接近無油的壓縮空氣產(chǎn)品的設備。無油空氣壓縮機本身無除油凈化的功能，只是在其壓縮環(huán)節(jié)上無油脂的帶入，因此其受環(huán)境空氣中油含量的影響較大。

1.4 活性炭過濾器

活性炭過濾器是通過填充具有大比表面積和強吸附能力的活性炭作為吸附劑來達到吸附脫除污染物的目的。壓縮空氣中的油極性很弱，具有大比表面積的活性炭對其吸附能力很強，不僅能夠去除壓縮空氣中的液態(tài)油，還能有效吸附去除油蒸氣，活性炭過濾器處理后的壓縮空氣油含量可達到ISO8573規(guī)范1級標準。但活性炭過濾器對油的吸附很難有效再生，因此是一個累積過程，隨著吸附逐漸飽和，除油能力會逐漸降低直至消失，無法確保一個長期有效的除油凈化效果；更換的活性炭本身再循環(huán)利用的難度較大，形成一種新的固體廢物，存在后續(xù)的處理問題。

1.5 吸附式干燥機

吸附式干燥機是一種用于深度脫水的干燥設備，常用硅膠、活性氧化鋁、氧化鋁分子篩等作為脫水干燥劑，其中以活性氧化鋁及分子篩的應用為廣泛。

由于干燥劑具有較大的比表面積，在吸附脫水的同時，不可避免也會吸附液態(tài)油、油霧，油蒸氣，吸附原理與活性炭類似，因此運行初期末端壓縮空氣能達到無油狀態(tài)。但大多數(shù)油分子是長碳鏈碳氫化合物的混合物組成，其對應溫度下的飽和蒸氣壓較低、難以揮發(fā)，無法在吸附劑再生的過程中徹底解吸。因此油含量會逐步累積，直至達到飽和。吸附的油覆蓋在吸附劑的孔道內(nèi)以及外表面，阻礙吸附劑對于水的吸附，導致干燥劑脫水性能的逐漸下降。

圖1給出了吸附式干燥機運轉(zhuǎn)一段時間后，吸附了油的干燥劑與新鮮干燥劑的對比圖，可明顯看到，吸附油后的干燥劑已幾乎完全變色，這一過程的快慢取決于壓縮空氣中的油含量。

1.6催化氧化類除油凈化器

催化氧化類除油凈化器完全不同于以上所述的各種方式，是基于化學反應來實現(xiàn)油的去除。一定的溫度下壓縮空氣中的油類雜質(zhì)在觸媒表面與氧氣發(fā)生復雜的化學反應，使油類雜質(zhì)碳鏈斷裂，終氧化生成二氧化碳和水，以實現(xiàn)對油類雜志的徹底去除?？偦瘜W方程式如（1）所示：

觸媒本身是具備多孔性的固體材料，具有大的比表面積，壓縮空氣中的油可以很輕松被處理，而觸媒在此過程中只降低了反應活化能，自身并無損耗，可實現(xiàn)長期有效的對油進行去除，并能確保油含量指標。

以筆者所在公司生產(chǎn)的壓縮空氣凈化器MCAC系列（以下簡稱：MCAC）設備為例。其流程如圖2所示，系統(tǒng)主要由反應器、換熱器、壓力控制單元等組成。其工作流程如下：需處理的含油壓縮空氣經(jīng)過（3）高效換熱器與自反應器出來的高溫壓縮空氣進行充分熱交換將熱量回收，升溫后的高溫壓縮空氣進入由（1）、（2）、（4）組成的反應器系統(tǒng)內(nèi)，在180～200℃的低溫范圍發(fā)生較為徹底的催化氧化反應，使壓縮空氣中的油類雜質(zhì)轉(zhuǎn)換成為CO2與H2O后被徹底除去，凈化后的高溫無油壓縮空氣經(jīng)過（3）高效換熱器降溫后，通過（5）壓力維持閥后輸出。

采用如圖3的流程，通過便攜式PID油蒸氣檢測儀對MCAC凈化設備進行檢測，所測得的壓縮空氣油蒸氣含量穩(wěn)定低于0.01mg/m3的水平，達到油蒸氣檢測儀的檢測下限0.003 mg/m3，如圖4所示。

該類技術有別于傳統(tǒng)除油技術，不受環(huán)境空氣質(zhì)量、壓力、溫度、濕度以及濾芯等耗材壽命的影響，適用范圍廣，對壓縮空氣中的液態(tài)油、懸浮油和油蒸氣均有非常好的脫除效果。另外，高溫的反應環(huán)境可對壓縮空氣中的菌類有效滅活，因此也適用于食品、醫(yī)藥、醫(yī)療等對油、菌含量要求嚴格的行業(yè)。

02

獲取無油壓縮空氣的方法探討

單一的凈化產(chǎn)品總是難以達到對壓縮空氣的有效凈化，合適的組合方式才能起到事半功倍的效果，本文旨在討論無油壓縮空氣（油含量<0.01mg/Nm3）的獲取方法，下面我們就可靠獲取無油壓縮空氣的方法進行相關探討。

2.1 無油/含油潤滑壓縮機+儲罐+過濾+冷凍式干燥機+過濾+活性炭過濾器

無油/含油潤滑壓縮機+儲罐+過濾+冷凍式干燥機+過濾+活性炭過濾器組合方案如上圖所示。在本組合方案中，由于壓縮空氣中的液態(tài)水與水霧都會影響活性炭對油的吸附能力，冷凍式干燥機的脫水性能在本方案中比較關鍵。當采用無油潤滑壓縮機時，冷凍式干燥機主要起到脫除壓縮空氣中的水分作用，而采用含油潤滑壓縮機時除了脫除水分外，同時可脫除大多數(shù)油，可延長活性炭過濾器的使用壽命。該流程中所有設備需鄰近布置，冷凍式干燥機需選用帶進出口氣體換熱器功能的設備型號，以防止冷干帶出冷凝液后，因環(huán)境溫度過低，導致壓縮空氣再結露。

由于活性炭過濾器吸附能力有限，使用過程中無法再生，累計的有效使用時間并不確定。連續(xù)用氣工況，建議考慮無油潤滑壓縮機作為產(chǎn)氣設備；而間歇工況時可采用含油潤滑壓縮機，可方便更換活性炭吸附劑，避免活性炭飽和后，含油氣體污染后續(xù)管路而影響生產(chǎn)。建議通過在線監(jiān)測氣體質(zhì)量，判斷活性炭是否已吸附飽和需進行更換。

2.2無油/含油潤滑壓縮機+儲罐+過濾+催化氧化類除油凈化設備

本流程通過催化氧化類的除油凈化設備，將環(huán)境中以及壓縮過程中所帶入的油脂進行轉(zhuǎn)化脫除，從而使得壓縮空氣穩(wěn)定處于<0.01mg/m3的無油水平，這是一種可靠有效獲取穩(wěn)定無油壓縮空氣的途徑。由于通過前段油脂的徹底脫除沒有了油脂污染，為后續(xù)凈化分離諸如冷凍式干燥、吸附式干燥、制氮、制氧、膜式干燥等提供可靠的保護。整個系統(tǒng)也可通過油蒸氣檢測儀來監(jiān)測氣質(zhì)指標。

2.3無油/含油潤滑壓縮機+儲罐+過濾+冷凍式干燥機+過濾+催化氧化類除油設備

本流程中前置了一臺冷凍式干燥機，通過冷凍式干燥機本身的除油凈化的能力，很大程度上降低了催化氧化類除油凈化設備的除油負荷，使其出口油含量可以持續(xù)穩(wěn)定的達到非常低的水平。但從長期運行的角度上考慮，由于冷凍式干燥機直接與含油壓縮空氣接觸，可能導致長久運行后因換熱器被油污污染而效果有所下降，另外由于壓縮機的排氣溫度不低，冷干機進出口換熱器與催化氧化類除油凈化設備進出口換熱器都無法進行100%的熱量交換，會帶來相對高一些的能耗。

03

結論

（1）實測數(shù)據(jù)表明，我們的大氣中含有一定的油類雜質(zhì)，特別是一些工業(yè)區(qū)、道路等的大氣油含量值還遠大于ISO 8573標準中的2級標準。

（2）采用精密過濾、冷凍干燥、活性炭吸附等凈化設備均能有除油效果，但這些以物理除油為主的方法存在除油效果有限、不能穩(wěn)定除油等問題。催化氧化除油通過化學轉(zhuǎn)化方式，可得到高品質(zhì)、連續(xù)、穩(wěn)定的壓縮空氣。

（3）根據(jù)用戶對壓縮空氣品質(zhì)不同的要求，選取合適的在線油含量監(jiān)測方式，對于避免壓縮機或后處理凈化設備出現(xiàn)異常的情況下造成對潔凈管路及產(chǎn)品造成影響比較重要，這也是一種行之有效的方法。

（4）對于壓縮空氣的凈化，本文主要站在除油角度進行闡述，實際運用應根據(jù)各自具體情況，綜合考慮油、水、塵、菌等污染物以及設備采購、運行成本，選擇適宜的解決方案。