北京大学化学学院“气体分离净化技术研究组”，主要从事变压吸附气体分离净化技术研发，其变压吸附制氧技术研发项目于1995年立项，旨在开发成功高效变压吸附空分制氧吸附剂及成套真空变压吸附空分制氧技术，为我国有关行业提供廉价制氧方法，推动我国变压吸附空分制氧技术水平的提高，打破国外公司在中国的技术垄断地位，1998年新型高效制氧吸附剂项目取得突破性进展。为促进该项目的产业化，1999年，在北京大学科技开发部的积极推动下，北大资源集团与北大化学学院气体分离净化技术研究组进行合作洽谈，最终北大资源集团出资570万元，北大科技开发部代表北京大学以北大化学学院开发的高效制氧吸附剂生产技术折合430万元出资入股，共同组建北京北大先锋科技有限公司（以下简称“北大先锋公司”），气体分离净化技术研究组全体技术人员加入北大先锋公司。
随后，北京北大先锋科技有限公司于2000年开发成功具有自主知识产权的PU－8型新型高效制氧吸附剂制造技术，并以此吸附剂为核心，开发成功两塔、三塔、五塔流程的新型变压吸附空分制氧技术，并利用该技术为用户建设了多套变压吸附制氧装置，制氧能耗与国外先进水平相当，产氧规模则超过国外公司产品，可达10000m3/h以上。
项目特点
1、基础研究与实际市场需要相结合。研究组根据国内外空分制氧技术的发展现状和趋势，以高效变压吸附空分制氧技术的研究开发为方向，并以研制新型高效变压吸附空分制氧吸附剂为核心课题，研发工作方向明确、核心突出。
2、理论指导实际。在基础理论的指导下，研究组发明了高效离子交换新工艺，使极难交换的锂离子在LiLSX分子筛上的交换度很容易达到99％以上，且昂贵的锂的利用率接近100%；发明了特殊结构的焙烧炉，解决了LiLSX分子筛焙烧时结构极易被破坏的难题，使生产出的吸附剂不仅保持了高的氮吸附性能，同时具有好的机械强度和极低水含量；通过实验室的大量条件试验结果，解决了低硅铝比X型分子筛大规模制造时易出杂晶的难题；以上研究成果为低成本生产高质量PU-8吸附剂产品奠定了坚实基础。此外，研究组还发明了特殊结构的吸附塔气流分布器，使吸附塔直径放大时能够保持气流分布均匀，为变压吸附空分制氧装置大型化解决了一个关键难题。
3、工理结合开发成功成套工程技术。变压吸附制氧设备属于工程性的成套工艺装置，实施过程包括：工艺设计、工程设计、配套设备选型采购、非标设备设计制造、土建工程、安装工程以及调试和试车等，开发这样一项成套工程技术对于北京大学这样一个文理综合大学来说是具有相当难度的。因此，研究组的工作重点除高效吸附剂研制外主要集中于工艺流程的开发，而工程性的内容则通过北大先锋公司聘请专业工程技术人员、与专业设计院合作的方式完成，工科、理科优势互补，顺利完成了成套工程技术的开发。
4、产学结合开拓市场、推广应用。本项目的产品和技术具有生产性和工程性的特点，由北京大学进行推广应用显然是不现实的。因此，由北京大学科技开发部与北京北大资源集团合资组建了北京北大先锋科技有限公司，在获得资本支持的基础上，通过建设吸附剂生产装置、完善组织机构和落实管理、打造工程实施队伍和市场营销队伍，积极进行产品和技术的市场推广应用，同时在过程中依托北京大学强大的科研力量不断完善产品和技术，使本项目的产品和技术成功推向市场，获得了良好的经济效益和社会效益。
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产氧3000m3/h 以上特大型 VPSA制氧装置成套技术开发和工业应用 1000m3/h VPSA空分制氧装置工业应用成功后，根据市场需要，北大先锋公司着手进行制氧装置大型化成套技术的开发。 VPSA制氧装置规模越大，所需吸附塔的直径越大，例如采用两塔流程，产氧3000m3/h的装置，所需吸附塔的直径约5.6米，产氧4000m3/h的装置，所需吸附塔直径约6.5米；目前国内能制造的最大封头的直径约6.4米。吸附塔直径越大，气流分布均匀性越难解决，制造难度也越大。因此，要想实现装置的大型化，首先要解决大直径吸附塔的设计制造问题（特别是气流分布器），其次必须在工艺流程方面进行创新。 根据1000m3/h装置实施过程中开发的分布器结构原理，北大先锋公司利用直径达3.2m的模型装置进行气流分布条件试验，进一步优化了结构并形成标准化的设计方案，使之可适用于任何直径的吸附塔，解决了大直径吸附塔设计制造的最关键难题。在两塔VPSA制氧工艺流程成功的基础上，又陆续开发成功三塔、五塔VPSA制氧工艺流程，在吸附塔直径6.2米时，单套装置的最大产氧能力可达10000m3/h。 利用上述技术，北大先锋公司为用户设计了近二十套产氧3000m3/h以上的特大型VPSA制氧装置，已投产的装置最大规模为7000m3/h，正在为用户建设的装置中包括4套规模为10000m3/h的装置，远超过国际著名气体公司报道的单套装置最大产氧能力（5000m3/h），大大拓宽了VPSA制氧装置的应用范围。 项目经济效益及经济模式 2001年至2007年，北大先锋公司年销售合同金额从1700万元增到3.4亿元，平均年增长率为50%以上，保持了较快的增长速度；2007年公司利税总额3000多万元，效益良好，2008年初公司向股东分配红利1900万元。经过9年多的发展，公司现有博士后3人，硕士11人，中级以上技术人员40人，销售工程师6人，行政辅助人员20人，生产人员110人。公司的产品和技术多次获得国家奖项：PSA分离一氧化碳技术入选“2005年度中国高等学校十大科技进展”，获得2005年度国家教育部技术发明一等奖、2006年度国家技术发明二等奖；“新型高效空分制氧分子筛PU-8”被评为“2001年国家重点新产品”，“高效制氧吸附剂及大型VPSA空分制氧装置” 被评为2005年“国家级火炬计划项目”，获2006年度“国家教育部科技进步一等奖”，“新型变压吸附制氧设备”被评为“北京市高新技术成果转化项目”（2002年立项）。 本项目的高效吸附剂PU-8和变压吸附空分制氧装置是北大先锋公司的核心业务之一，公司以总承包或分包方式，为用户提供装置工艺设计和工程设计、配套设备和材料选型采购（包括核心配套产品PU-8吸附剂）、安装工程施工、装置调试和技术服务等，进行产品和技术的市场推广应用并为公司创造效益。截止2008年6月，北大先锋采用本项目技术为各行业用户设计建设30余套变压吸附制氧装置（其中包括向西班牙、韩国、泰国、菲律宾等国出口的装置），累计合同额近4亿元，可实现营业利润约1.3亿元、税金2500万元，并帮助钢铁、有色冶金等各行业用户节约成本和创造效益十亿元以上，具有较为显著的经济效益和社会效益。 本项目得益于高校研发成果和市场推广应用平台的紧密结合，它的成功大幅度提升了我国变压吸附空分制氧技术的水平，促进了我国有关行业的发展，是一个较为成功的产学研相结合促进技术成果转化的案例。
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合作历程、问题及解决
1999年，在北京大学科技开发部的积极推动下，北大资源集团与北大化学 学院气体分离净化技术研究组进行合作洽谈，共同组建北京北大先锋科技有限公司，气体分离净化技术研究组全体技术人员加入北大先锋公司。 北大先锋公司成立之初，经历种种困难，曾经亏损累累。在北京大学和北大资源集团的大力支持下，经过全体员工的共同努力，公司在技术和市场上先后取得了三个重要突破，使本项目的产品和技术成功推广应用，实现了良好的经济效益和社会效益。
高效制氧吸附剂PU-8从小试技术到产业化的飞跃
北大先锋公司成立之初，PU-8吸附剂生产技术小试完成，确定了生产装置工艺流程并组织设计、设备采购制造和施工后，2000年建成100吨/年吸附剂生产装置。但是装置试运行时，主要原材料锂盐的消耗惊人，产品成本超过了国外公司同类产品的销售价格，高达近20万元/吨。经过有关科研人员和管理人员近一年的努力和探索，对工艺流程进行改进和完善、对工艺设备进行改造、落实生产管理规章制度并强化管理，生产装置得以稳定运行，生产成本大幅度降低、产品质量稳定，实现了PU-8吸附剂的规模化生产，同时也保证了为用户设计的制氧装置所需吸附剂的供应。
100吨/年生产装置运行过程也可以说是PU-8吸附剂生产技术的再研发过程，生产工艺和生产管理不断优化和完善，完成了锂盐全回收流程改造等多项技术革新，生产消耗不断降低。随着制氧设备市场应用规模的不断扩大，为满足吸附剂供应需要，2005年和2008年分别建成了400吨/年和1000吨/年PU-8吸附剂的生产线，在扩产过程中克服了关键设备放大等技术问题，生产工艺也进一步优化，使新建成的生产装置较为顺利地投入生产运行，大大提高了供货能力，同时在原材料价格大幅度提高的情况下，有效地控制了生产成本，大幅度提高了公司的市场竞争力。
从50m3/h制氧中试装置到1000m3/h样板工程的成功建设
为开发采用高效吸附剂PU-8的新型变压吸附空分制氧装置成套技术，在我国实现大型装置的工业化推广应用，北大先锋公司投资建设了50m3/h的两塔流程真空变压吸附（VPSA）空分制氧中试装置，研究适合高效锂分子筛吸附剂的工艺流程和操作条件，为大型装置工艺开发和工艺设计提供基础数据。2000年10月中试装置建成后，进行了各种工艺操作参数的试验，过程较为顺利，装置性能指标略超过原设计指标（氧气纯度≥90%、产量约52m3/h、制氧电耗＜0.35kWh/m3·O2），远优于国内使用CaA或CaX分子筛的变压吸附空分制氧装置，充分验证了PU-8吸附剂的优异性能，并确定了大型装置设计的基本工艺流程和工艺参数。
在中试成功的基础上，2001年3月北大先锋公司与河南新乡中联总公司签订了建设产氧1000m3/h的真空变压吸附（VPSA）制氧装置合同，为该公司炼铅装置供氧。最终成功开发出一种特殊结构的吸附塔气流分布器，彻底解决了大直径吸附塔气流分布均匀性的难题，各项指标均达到或超过设计指标。该1000m3/h装置是我国首次应用高效锂分子筛吸附剂的大型VPSA变压吸附空分制氧装置，其开车成功是一个重大突破，打破了外国公司在我国变压吸附制氧领域的垄断地位，使我国可以开始大规模廉价生产氧。2003年3月在新乡召开了大型变压吸附空分制氧技术评审推广会，评审委员会一致认为：PU-8吸附剂性能达到国际同类产品的先进水平，1000m3/h VPSA空分制氧装置性能指标明显优于国内同类产品，具有设备投资少、制氧能耗低、氧生产成本低等优点，使我国大型变压吸附空分制氧技术接近国际先进水平，建议加快推广应用。
