變壓吸附理論

1、變壓吸附理論變壓吸附理論1 概況概況：變壓吸附（Pressure Swing Adsorption.簡(jiǎn)稱PSA）是一種新型氣體吸附分離技術(shù)，它有如下優(yōu)點(diǎn)： 產(chǎn)品純度高。一般可在室溫和不高的壓力下工作，床層再生時(shí)不用加熱，節(jié)能經(jīng)濟(jì)。設(shè)備簡(jiǎn)單，操作、維護(hù)簡(jiǎn)便。連續(xù)循環(huán)操作，可完全達(dá)到自動(dòng)化。 正是因?yàn)檫@樣的優(yōu)點(diǎn)，PSA技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)發(fā)展迅速并相當(dāng)成熟。 變壓吸附發(fā)展史變壓吸附發(fā)展史變壓吸附空分制氧始創(chuàng)于20世紀(jì)60年代初，并于70年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在此之前,傳統(tǒng)的工業(yè)空分裝置大部分采用深冷精餾法(簡(jiǎn)稱深冷法) 。變壓吸附理論變壓吸附理論80年代以來至今高吸附分離性能的沸石分子篩的相繼開發(fā)利

2、用和工藝流程的改進(jìn)，使得變壓吸附空分技術(shù)得到迅速地發(fā)展，與深冷空分裝置相比，PSA過程具有啟動(dòng)時(shí)間短和開停車方便、能耗較小和運(yùn)行成本低、自動(dòng)化程度高和維護(hù)簡(jiǎn)單、占地面積小和土建費(fèi)用低等特點(diǎn)。在不需要高純氧的中小規(guī)模(小于100噸/天，相當(dāng)于3000Nm3/h )氧氣生產(chǎn)中比深冷法更具有競(jìng)爭(zhēng)力。廣泛的應(yīng)用于電爐煉鋼、有色金屬冶煉、玻璃加工、甲醇生產(chǎn)、碳黑生產(chǎn)、化肥造氣、化學(xué)氧化過程、紙漿漂白、污水處理、生物發(fā)酵、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療和軍事等諸多領(lǐng)域 四十多年來變壓吸附空分制氧技術(shù)的研究進(jìn)展主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是空分制氧吸附劑和其吸附理論的研究方面，二是空分制氧工藝循環(huán)過程的研究方面。國(guó)內(nèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的

3、研究盡管起步較早，然而在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展相對(duì)較緩。但是近幾年各種流程的設(shè)備相繼投產(chǎn)為各行各業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 變壓吸附理論變壓吸附理論一、變壓吸附工藝基本知識(shí)變壓吸附理論變壓吸附理論變壓吸附的主要任務(wù)及其基本原理變壓吸附的主要任務(wù)及其基本原理變壓吸附變壓吸附（pressure swing absorption）的主要任務(wù)的主要任務(wù):(1) 分離提純氫氣分離提純氫氣; (2) 為加氫改質(zhì)裝置及聚丙烯裝置提供氫氣為加氫改質(zhì)裝置及聚丙烯裝置提供氫氣; (3) 連續(xù)重整裝置開車用氫連續(xù)重整裝置開車用氫變壓吸附的基本原理變壓吸附的基本原理:變壓吸附理論變壓吸附理論 2 原理 2.1先看吸附，當(dāng)

4、兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時(shí)， 其中密度較低物質(zhì)的分子 在密度較高的物質(zhì)表面被 富集的現(xiàn)象和過程。 具有吸附作用的物質(zhì)（一般 為密度相對(duì)較大的多孔固體） 被稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。 吸附按其性質(zhì)的不同可分為四大類，即： 化學(xué)吸附、活性吸附、毛細(xì)管凝縮、物理吸附。 本次學(xué)習(xí)的變壓吸附主要就是物理吸附。 氣 相固固 相相變壓吸附理論變壓吸附理論氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ) 被吸附的氣體分子在固體表面上形成的吸附層，稱為吸附被吸附的氣體分子在固體表面上形成的吸附層，稱為吸附相。吸附相的密度比一般氣體的密度大得多，有可能接近相。吸附相的密度比一般氣體的密度大得多，有可能接近液體

5、密度。當(dāng)氣體是混合物時(shí)，由于固體表面對(duì)不同氣體液體密度。當(dāng)氣體是混合物時(shí)，由于固體表面對(duì)不同氣體分子的壓力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種分子的壓力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種氣相與吸附相在密度上和組成上的差別構(gòu)成了氣體吸附分氣相與吸附相在密度上和組成上的差別構(gòu)成了氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)離技術(shù)的基礎(chǔ)。變壓吸附理論變壓吸附理論化學(xué)吸附與物理吸附化學(xué)吸附與物理吸附 化學(xué)吸附：化學(xué)吸附：即吸附過程伴隨有化學(xué)反應(yīng)的吸附。在化學(xué)吸附中，吸附質(zhì)分子即吸附過程伴隨有化學(xué)反應(yīng)的吸附。在化學(xué)吸附中，吸附質(zhì)分子和吸附劑表面將發(fā)生反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近化學(xué)反應(yīng)熱?；瘜W(xué)和吸附劑表面將發(fā)生

6、反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近化學(xué)反應(yīng)熱?；瘜W(xué)吸附需要一定的活化能才能進(jìn)行。通常條件下，化學(xué)吸附的吸附或解吸速度吸附需要一定的活化能才能進(jìn)行。通常條件下，化學(xué)吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯都是化學(xué)吸附。都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯都是化學(xué)吸附。物理吸附：物理吸附：也稱范德華（也稱范德華（van dervan der WaaisWaais） 吸附，它是由吸附質(zhì)分子和吸吸附，它是由吸附質(zhì)分子和吸附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。由于固體表面的附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。由于固體表面的分子與其內(nèi)部分子不

7、同，存在剩余的表面自由力場(chǎng)，當(dāng)氣體分子碰到固體表分子與其內(nèi)部分子不同，存在剩余的表面自由力場(chǎng)，當(dāng)氣體分子碰到固體表面時(shí)，其中一部分就被吸附，并釋放出吸附熱。在被吸附的分子中，只有當(dāng)面時(shí)，其中一部分就被吸附，并釋放出吸附熱。在被吸附的分子中，只有當(dāng)其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能足以克服吸附劑引力場(chǎng)的位能時(shí)才能重新回到氣相，所以在其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能足以克服吸附劑引力場(chǎng)的位能時(shí)才能重新回到氣相，所以在與氣體接觸的固體表面上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力與氣體接觸的固體表面上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力所引起的吸附，其吸附熱較低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸所引起的吸附，其吸附熱較

8、低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸速度也都較快。被吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來，所以物理吸附速度也都較快。被吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來，所以物理吸附是可逆的。物理吸附通常分為是可逆的。物理吸附通常分為變溫吸附變溫吸附和變壓吸附。和變壓吸附。 變壓吸附理論變壓吸附理論2/23/2022 物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（即范德華力）進(jìn)行的吸附。其特點(diǎn)是：吸附過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，吸附過程進(jìn)行的極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。 2.2 吸附平衡吸附平衡 吸附平衡是指在一定的溫度和壓力下，吸附劑與吸附質(zhì)充分接觸，最后吸附質(zhì)

9、在兩相中的分布達(dá)到平衡的過程。這個(gè)過程為動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)于相同的吸附劑和吸附質(zhì)，其平衡吸附容量是一個(gè)定值，這個(gè)量主要受壓力與溫度影響。變壓吸附理論變壓吸附理論2/23/2022溫度、壓力對(duì)吸附過程的影響溫度、壓力對(duì)吸附過程的影響 在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；度上升而減少；因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。反之，提高

10、溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。反之，提高溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。變壓吸附理論變壓吸附理論壓力越高單位時(shí)間內(nèi)撞擊到吸附劑表面的氣體分子數(shù)越多，因而壓力越高平衡吸附容量也就越大；由于溫度越高氣體分子的動(dòng)能越大，能被吸附劑表面分子引力束縛的分子就越少，因而溫度越高平衡吸附容量也就越小。 從上圖的BA和CD可以看出：在溫度一定時(shí)，隨著壓力的升高吸附容量逐漸增大；從上圖的BC和AD可以看出：在壓力一定時(shí)，隨著溫度的升高吸附容量逐漸減小。一般吸附在常溫狀態(tài)下吸附，視作等溫。圖一 不同溫度下的吸附等溫線 變壓吸附理論變壓吸附理論 變壓吸附工作基本步驟變壓吸附工作基本步驟對(duì)于變壓吸附

11、循環(huán)過程，有三個(gè)基本工作步驟：對(duì)于變壓吸附循環(huán)過程，有三個(gè)基本工作步驟：1 1壓力下吸附壓力下吸附 吸附床在過程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中吸附床在過程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中強(qiáng)吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸附床的另一強(qiáng)吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸附床的另一端流出。端流出。2 2減壓解吸減壓解吸 根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或

12、置換。壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或置換。3 3升壓升壓 吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對(duì)吸附床進(jìn)行充壓吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對(duì)吸附床進(jìn)行充壓 ，直，直到吸附壓力為止。接著又在壓力下進(jìn)行吸附。到吸附壓力為止。接著又在壓力下進(jìn)行吸附。變壓吸附理論變壓吸附理論吸附劑的種類吸附劑的種類 工業(yè)上常用的吸附劑有：工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。 硅膠：硅膠：堅(jiān)硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硅酸聚合物顆粒，親水性極性吸附堅(jiān)硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀

13、結(jié)構(gòu)硅酸聚合物顆粒，親水性極性吸附劑。硫酸劑。硫酸+ +硅酸鈉的水溶液硅酸鈉的水溶液+ +水洗水洗+ +干燥干燥= =玻璃狀的硅膠用于干燥玻璃狀的硅膠用于干燥 活性氧化鋁：活性氧化鋁：鋁的水合物加熱脫水制成，對(duì)微量水深度干燥鋁的水合物加熱脫水制成，對(duì)微量水深度干燥活性炭：活性炭：木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成。水處理、脫木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成。水處理、脫色、氣體吸附等干燥色、氣體吸附等干燥沸石分子篩：沸石分子篩：均勻的孔徑，有均勻的孔徑，有4 4?？讖椒惺晌郊淄椤⒁彝?，而不吸?？讖椒惺晌郊淄?、乙烷，而不吸附三個(gè)碳以上的正烷烴。氣體吸附分離、氣體和液體干燥

14、以及正異烷烴附三個(gè)碳以上的正烷烴。氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。的分離。碳分子篩：碳分子篩：微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi) 吸附劑相關(guān)知識(shí)吸附劑相關(guān)知識(shí)變壓吸附理論變壓吸附理論P(yáng)SA吸附劑： PSA工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某組分選擇性吸附而研制的特殊吸附材料。吸附劑對(duì)各種氣體組分的吸附性能是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定靜態(tài)下的等溫吸附線和動(dòng)態(tài)下的穿透曲線來評(píng)價(jià)的。 變壓吸附理論變壓吸附理論分離對(duì)象分離對(duì)象 硅膠硅膠活性炭活性炭分子篩分子篩從氣體混合物除去水分從氣體混合物除去水分天然氣凈化天然氣凈化空氣凈化空氣

15、凈化 空氣分離制取氧和氮空氣分離制取氧和氮 從氫中除去二氧化碳從氫中除去二氧化碳 從氫中除甲烷、一氧化從氫中除甲烷、一氧化碳、氨碳、氨從氫中除去烴類從氫中除去烴類 合成氣凈化合成氣凈化 從甲烷中除去其它烴從甲烷中除去其它烴類類 從瓦斯氣中回收甲烷從瓦斯氣中回收甲烷 從石灰窯氣中分離二氧從石灰窯氣中分離二氧化碳化碳從煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣中分離從煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣中分離一氧化碳一氧化碳變壓吸附分離氣體混合物所采用的常用吸附劑變壓吸附分離氣體混合物所采用的常用吸附劑 變壓吸附理論變壓吸附理論吸附劑的物理性質(zhì)吸附劑的物理性質(zhì)孔容（孔容（VPVP）：）：吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附吸附劑中微孔的容積

16、稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來表示劑中吸附劑微孔的容積來表示(cm(cm3 3/g)./g).孔容是吸附劑的有效體積，孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積（積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積（VkVk）不一定等于孔容（）不一定等于孔容（VPVP），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以VPVP中不包括粗孔。而中不包括粗孔。而VkVk中包括了所有孔的體積，一般要比中包括了所有孔的體積，一般要比VPVP大。大

17、。比表面積：比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m m2 2/g/g。吸附劑表面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是吸附劑表面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。 變壓吸附理論變壓吸附理論吸附劑的物理性質(zhì)吸附劑的物理性質(zhì)孔徑與孔徑分布：孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。直徑在數(shù)埃至數(shù)十埃的孔稱為細(xì)孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱相同。直徑在數(shù)埃至數(shù)十埃的孔稱為細(xì)孔，直徑在數(shù)

18、百埃以上的孔稱為粗孔?？讖椒植际潜硎究讖酱笮∨c之對(duì)應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來為粗孔?？讖椒植际潜硎究讖酱笮∨c之對(duì)應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來表征吸附劑的孔特性。表征吸附劑的孔特性。 表觀重度：表觀重度：又稱視重度。又稱視重度。D/ VlD/ Vl，Vl= Vg+ VkVl= Vg+ Vk， VgVg固體骨架的體固體骨架的體積，積， VkVk孔體積，孔體積，D D本身重量本身重量真實(shí)重度（真實(shí)重度（dgdg）：）：又稱真重度或吸附劑固體的重度，又稱真重度或吸附劑固體的重度，D/VgD/Vg堆積重度（堆積重度（dbdb）：）：又稱填充重度，即單位體積內(nèi)所填充的吸附劑重量又稱填充重度，即單位體積內(nèi)所填充的

19、吸附劑重量?？紫堵剩嚎紫堵剩杭次筋w粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。即吸附顆粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。 空隙率：空隙率：即吸附顆粒之間的空隙與整個(gè)吸附劑堆積體積之比。即吸附顆粒之間的空隙與整個(gè)吸附劑堆積體積之比。 變壓吸附理論變壓吸附理論吸附劑的物理性質(zhì)變壓吸附理論變壓吸附理論下圖為不同組分在分子篩上的吸附強(qiáng)弱大致順序 組分 吸附能力 氦氣 弱弱 氫氣 氧氣 氬氣 氮?dú)?一氧化碳 甲烷 二氧化碳 乙烷 乙烯 丙烷 異丁烷 丙烯 戊烷 丁烯 硫化氫 硫醇 戊烯 苯 甲苯 乙基苯 苯乙烯 水 強(qiáng)強(qiáng) 不同的氣體，要選擇合適的吸附劑。a.a.降壓：降壓：吸附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接吸

20、附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接近大氣壓，這時(shí)一部分吸附組分解吸出來。這個(gè)方法操作簡(jiǎn)單，近大氣壓，這時(shí)一部分吸附組分解吸出來。這個(gè)方法操作簡(jiǎn)單，單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。b.b.抽真空：抽真空：吸附床降到大氣壓以后，為了進(jìn)一步減少吸附組分的吸附床降到大氣壓以后，為了進(jìn)一步減少吸附組分的分壓，可用抽真空的方法來降低吸附床壓力，以得到更好的再生分壓，可用抽真空的方法來降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果，但此法增加了動(dòng)力消耗。效果，但此法增加了動(dòng)力消耗。c.c.沖洗：沖洗：利用弱吸附組分或者其它適當(dāng)?shù)臍怏w通過需再生的吸附利

21、用弱吸附組分或者其它適當(dāng)?shù)臍怏w通過需再生的吸附床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過而下降。吸附劑的再生程度床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過而下降。吸附劑的再生程度取決于沖洗氣的用量和純度。取決于沖洗氣的用量和純度。d.d.置換：置換：用一種吸附能力較強(qiáng)的氣體把原先被吸附的組分從吸附用一種吸附能力較強(qiáng)的氣體把原先被吸附的組分從吸附劑上置換出來。這種方法常用于產(chǎn)品組分吸附能力較強(qiáng)而雜質(zhì)組劑上置換出來。這種方法常用于產(chǎn)品組分吸附能力較強(qiáng)而雜質(zhì)組分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場(chǎng)合。分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場(chǎng)合。吸附劑的再生方法吸附劑的再生方法變壓吸附理論變壓吸附理論氣體流速，油和水對(duì)吸附劑的影響氣體流速，油

22、和水對(duì)吸附劑的影響氣體流速氣體流速油油水水導(dǎo)致吸附劑懸浮時(shí)，導(dǎo)致吸附劑懸浮時(shí)，則磨損加劇，造成吸則磨損加劇，造成吸附劑破碎附劑破碎 油性物質(zhì)會(huì)粘附在吸附油性物質(zhì)會(huì)粘附在吸附顆粒的外表面，堵塞吸顆粒的外表面，堵塞吸附劑內(nèi)的通道，使吸附附劑內(nèi)的通道，使吸附劑失去吸附能力劑失去吸附能力 使水大量帶入吸附使水大量帶入吸附塔會(huì)導(dǎo)致吸附劑性塔會(huì)導(dǎo)致吸附劑性能下降甚至失效能下降甚至失效 溫度溫度150150以上的以上的惰性氣體循環(huán)通入惰性氣體循環(huán)通入不可恢復(fù)不可恢復(fù)變壓吸附理論變壓吸附理論 吸附劑的良好吸附性能是吸附劑分離過程的基本條件。選擇吸附劑時(shí)應(yīng)注意以下問題。（1）吸附劑對(duì)雜質(zhì)應(yīng)有較大吸附量，同時(shí)被吸

23、附的雜質(zhì)易于解吸，從而在短周期內(nèi)達(dá)到吸附、解吸間的平衡，確保分離提純。（2）組分間的分離系數(shù)分離系數(shù)盡可能大。氣體組分的分離系數(shù)越大，分離越容易，得到的產(chǎn)品純度越高，同時(shí)回收率也高。（3）使用的吸附劑應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以減少破碎和磨損。（4）分離組分復(fù)雜、類別較多的氣體混合物，可選用多種吸附劑，這些吸附劑可按吸附分離性能依次分層裝填在同一吸附床內(nèi)，也可分別裝填在多個(gè)吸附床內(nèi)。 變壓吸附理論變壓吸附理論 變壓吸附（變壓吸附（PSA）大致過程）大致過程 根據(jù)變壓吸附的原理，在工業(yè)變壓吸附(PSA)工藝中，吸附劑通常都是在常溫和較高壓力下，將混合氣體中的易吸附組分吸附，不易吸附的組分從床層的一端流出，

24、 然后降低吸附劑床層的壓力， 使被吸附的組分脫附出來，從 床層的另一端排出，從而實(shí)現(xiàn) 了氣體的分離與凈化，同時(shí)也 使吸附劑得到了再生。變壓吸附理論變壓吸附理論2/23/2022 吸附床層 吸附床層怎樣實(shí)現(xiàn)吸附分離的呢？“頂出去”理論，容易被吸附的“頂”出 不容易被吸附的。變壓吸附理論變壓吸附理論2/23/2022 為了使吸附劑再生比較徹底，選擇沖洗與抽空為了使吸附劑再生比較徹底，選擇沖洗與抽空 在變壓吸附(PSA)工藝中，吸附床層壓力即使降至常壓，被吸附的雜質(zhì)也不能完全解吸，這時(shí)可采用兩種方法使吸附劑完全再生：一種是用產(chǎn)品氣對(duì)床層進(jìn)行“沖洗”，將較難解吸的雜質(zhì)沖洗下來，其優(yōu)點(diǎn)是常壓下即可完成，

25、但缺點(diǎn)是會(huì)多損失部分產(chǎn)品氣；另一種是利用抽真空的辦法進(jìn)行再生，使較難解吸的雜質(zhì)在負(fù)壓下強(qiáng)行解吸下來，這就是通常所說的真空變壓吸附(VPSA)。VPSA工藝的優(yōu)點(diǎn)是再生效果好，產(chǎn)品收率高，但缺點(diǎn)是需要增加真空泵。在實(shí)際應(yīng)用過程中，究竟采用以上何種工藝，主要視原料氣的組成條件、流量、產(chǎn)品要求以及工廠的資金和場(chǎng)地等情況而決定。變壓吸附理論變壓吸附理論5.2 吸附分離流程的主要工序吸附分離流程的主要工序吸附工序-在常溫、吸附壓力下吸附雜質(zhì)，出產(chǎn)品。減壓工序-通過一次或多次的均壓降壓過程，將床層死空間氫氣回收。順放工序-通過順向減壓過程獲得沖洗再生氣源。逆放工序-逆著吸附方向減壓使吸附劑獲得部分再生沖洗

26、工序-用其它塔順放出的氫氣沖洗吸附床，降低雜質(zhì)分壓，使吸附劑完成最終的再生，沖洗時(shí)間越長(zhǎng)越好抽真空過程-逆放結(jié)束后，為使吸附劑得到徹底的再生，通過抽真空進(jìn)一步降低雜質(zhì)組分的分壓，使吸附劑得以徹底再生。升壓工序-通過一次或多次的均壓升壓和產(chǎn)品氣升壓過程使吸附塔壓力升至吸附壓力，為下一次吸附作好準(zhǔn)備變壓吸附理論變壓吸附理論5.3 流程簡(jiǎn)述（1） 變壓吸附部分(10-2-6VPSA工序） （本裝置變壓吸附部分流程由10臺(tái)吸附塔和4臺(tái)緩沖罐，3臺(tái)真空泵、2臺(tái)壓縮機(jī)組成。變壓吸附部分采用10-2-6VPSA工藝流程，即：裝置的十個(gè)吸附塔中有一個(gè)吸附塔始終處于同時(shí)進(jìn)料吸附的狀態(tài)。其吸附和再生工藝過程由吸附

27、、連續(xù)六次均壓降壓、沖洗、抽真空，連續(xù)六次均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。變壓吸附理論變壓吸附理論 a 吸附過程 壓力為2.4MPa(g)左右，溫度40的重整氣及脫硫后低分氣的混合原料氣自裝置外來，原料氣經(jīng)緩沖分液后自塔底進(jìn)入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔（有2個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)）內(nèi)。在多種吸附劑的依次選擇吸附下，其中的H2O、CH4、和烴類等雜質(zhì)被吸附下來，未被吸附的氫氣作為產(chǎn)品從塔頂流出，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后送出界區(qū)去后工段。其中H2純度大于99.9%，壓力大于2.4MPa。當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口預(yù)留段某一位置時(shí)，關(guān)掉該吸附塔的原料氣進(jìn)料閥和產(chǎn)品氣出口閥，停止吸附

28、。吸附床開始轉(zhuǎn)入再生過程。 變壓吸附理論變壓吸附理論 b 均壓降壓過程 這是在吸附過程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氫氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，該過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了六次連續(xù)的均壓降壓過程，因而可保證氫氣的充分回收。：一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）和四均降（E4D）。五均降（E5D）。六均降（E6D）。 c 逆放過程 在均壓降壓過程結(jié)束后，吸附前沿已達(dá)到床層出口。這時(shí)，逆著吸附方向?qū)⑽剿毫抵两咏?，此時(shí)被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中大量解吸出來，逆放解吸氣經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后平緩地放進(jìn)逆放解吸氣

29、緩沖罐，然后再經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后送解吸氣混合罐。變壓吸附理論變壓吸附理論 d 抽真空過程 逆放結(jié)束后，為使吸附劑得到徹底的再生，通過抽真空進(jìn)一步降低雜質(zhì)組分的分壓，使吸附劑得以徹底再生。真空解吸氣進(jìn)入解吸氣混合罐，在解吸氣混合罐中與逆放解吸氣混合后再送去解吸氣壓縮機(jī)壓縮至0.5 MPa(g)后，送至燃?xì)夤芫W(wǎng)。f 均壓升壓過程 在真空再生過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氫氣依次對(duì)該吸附塔進(jìn)行升壓，這一過程與均壓降壓過程相對(duì)應(yīng)，不僅是升壓過程，而且更是回收其它塔的床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了連續(xù)六次均壓升壓過程。變壓吸附理論變壓吸附理論2/23/2022g 產(chǎn)品氣升壓過程 在六次均壓

30、升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過程中不發(fā)生波動(dòng)，需要通過升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用產(chǎn)品氫氣將吸附塔壓力升至吸附壓力經(jīng)這一過程后吸附塔便完成了一個(gè)完整的“吸附-再生”循環(huán)，又為下一次吸附做好了準(zhǔn)備。十個(gè)吸附塔交替進(jìn)行以上的吸附、再生操作(有一個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài))即可實(shí)現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。變壓吸附理論變壓吸附理論（2） 高純氫部分(4-1-2 PSA工藝流程） 高純氫部分由4臺(tái)吸附塔、3臺(tái)緩沖罐、2臺(tái)壓縮機(jī)組成，采用4-1-2 PSA工藝流程，即：裝置的四個(gè)吸附塔中有一個(gè)吸附塔始終處于同時(shí)進(jìn)料吸附的狀態(tài)。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續(xù)二次均壓降壓、

31、順放、沖洗、連續(xù)二次均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。變壓吸附理論變壓吸附理論 a 吸附過程 來自原PSA制氫裝置的壓力為2.3MPa(g)左右，溫度40的氫氣，自塔底進(jìn)入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔（同時(shí)有1個(gè)吸附塔處于吸附狀態(tài)）內(nèi)。在吸附劑的依次選擇吸附下，其中的CO2、CO、H2O等雜質(zhì)被吸附下來，未被吸附的氫氣作為產(chǎn)品從塔頂流出，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后送出界區(qū)去后工段。其中CO含量低于0.03PPm，壓力大于2.2MPa。當(dāng)被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達(dá)床層出口預(yù)留段某一位置時(shí)，關(guān)掉該吸附塔的原料氣進(jìn)料閥和產(chǎn)品氣出口閥，停止吸附。吸附床開始轉(zhuǎn)入再生過程。變壓吸附理論變壓吸附理論 b 均壓降壓過程 這是在吸附過程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氫氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，該過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了二次連續(xù)的均壓降壓過程，因而可保證氫氣的充分回收。 c 順放過程 這是在吸附結(jié)束后，首先順著吸附方向?qū)⑽剿敳康漠a(chǎn)品氫氣迅速回收進(jìn)順放氣緩沖罐的過程，這部分氫氣將用作吸附劑的再生氣源。變壓吸附