变压吸附10-2-4剖析.ppt

变压吸附学习PSA 1 概况：变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA）是一种新型气体吸附分离技 术，它有如下优点： ⑴产品纯度高。⑵一般可在室温和不高的压力下 工作，床层再生时不用加热，节能经济。⑶设备简 单，操作、维护简便。⑷连续循环操作，可完全达 到自动化。 正是因为这样的优点，PSA技术发展到现 在，技术发展迅速并相当成熟。 变压吸附发展史 变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初，并于70年 代实现工业化生产。在此之前,传统的工业空分装置大部 分采用深冷精馏法(简称深冷法) 。 　80年代以来至今高吸附分离性能的沸石分子筛的相继开 发利用和工艺流程的改进，使得变压吸附空分技术得到迅 速地发展，与深冷空分装置相比，PSA过程具有启动时间 短和开停车方便、能耗较小和运行成本低、自动化程度高 和维护简单、占地面积小和土建费用低等特点。在不需要 高纯氧的中小规模(小于100吨/天，相当于3000Nm3/h )氧 气生产中比深冷法更具有竞争力。广泛的应用于电炉炼 钢、有色金属冶炼、玻璃加工、甲醇生产、碳黑生产、化 肥造气、化学氧化过程、纸浆漂白、污水处理、生物发 酵、水产养殖、医疗和军事等诸多领域 四十多年来变压吸附空分制氧技术的研究进展主要表 现在两个方面:一是空分制氧吸附剂和其吸附理论的研究 方面，二是空分制氧工艺循环过程的研究方面。国内对这 项技术的研究尽管起步较早，然而在较长的一段时间内发 展相对较缓。但是近几年各种流程的设备相继投产为各行 各业带来了巨大的经济效益。 2 原理 2.1先看吸附，当两种相态不同的物质接触时， 其中密度较低物质的分子 在密度较高的物质表面被 富集的现象和过程。 具有吸附作用的物质（一般 为密度相对较大的多孔固体） 被称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。 吸附按其性质的不同可分为四大类，即： 化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩、物理吸附。 本次学习的变压吸附主要就是物理吸附。 物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。 2.2 吸附平衡 吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。这个过程为动态平衡，对于相同的吸附剂和吸附质，其平衡吸附容量是一个定值，这个量主要受压力与温度影响。 压力越高单位时间内撞击 到吸附剂表面的气体分子 数越多，因而压力越高平 衡吸附容量也就越大；由 于温度越高气体分子的动 能越大，能被吸附剂表面 分子引力束缚的分子就越 少，因而温度越高平衡吸 附容量也就越小。 2.3 原理 所以说变压吸附（PSA），就是利用吸附 剂对不同气体组分随压力变化而变化的吸附 特性，加压吸附部分组分，降压解吸这些组 分，从而吸附剂得到再生，并使不同气体得 到分离的过程。 下面主要以PSA制氢的工艺来讲解变压吸 附。 3 变压吸附的主要内容 吸附剂 工艺流程 自控系统 4 吸附剂 4.1 PSA吸附剂： PSA工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化 铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某组分选择 性吸附而研制的特殊吸附材料。吸附剂对各种气体 组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附 线和动态下的穿透曲线来评价的。 吸附剂的良好吸附性能是吸附剂分离过程的 基本条件。选择吸附剂时应注意以下问题。 （1）吸附剂对杂质应有较大吸附量，同时被 吸附的杂质易于解吸，从而在短周期内达到吸 附、解吸间的平衡，确保分离提纯。 （2）组分间的分离系数尽可能大。气体组分的分离系 数越大，分离越容易，得到的产品纯度越高，同时回收 率也高。 （3）使用的吸附剂应有足够的强度，以减少破碎和磨 损。 （4）分离组分复杂、类别较多的气体混合物，可选用 多种吸附剂，这些吸附剂可按吸附分离性能依次分层装 填在同一吸附床内，也可分别装填在多个吸附床内。 吸附剂的物理性质 常见组分对各种吸附剂的分离系数(常压,20℃) 下图为不同组分在分子筛上的吸附强弱大致顺序 组分 吸附能力 氦气 ☆ 弱 氢气 ☆ 氧气