1、PSA制氫裝置培訓(xùn)教材目 錄第一節(jié)、概述第二節(jié)、吸附分離工藝原理第三節(jié)、工藝流程及工藝條件的選擇第四節(jié)、主要設(shè)備第一節(jié) 概述吸附現(xiàn)象早就被人們發(fā)現(xiàn)利用，早在數(shù)千年前，人門就開始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物質(zhì)所具有的強(qiáng)吸附能力進(jìn)行防潮、脫臭和脫色，湖南長沙市出土的漢代古墓中就放有木碳，顯然墓主當(dāng)時是用木炭吸收潮氣等作為防腐措施。因此吸附分離是一門古老的技術(shù)。變壓吸附(Pressure Swing Adsorption)氣體分離與提純技術(shù)成為大型化工工業(yè)的一種生產(chǎn)工藝和獨(dú)立的單元操作過程（稱為吸附分離工程），是在上世紀(jì)六十年代迅速發(fā)展起來的。由于最早的吸附劑吸附能力較低、選擇性較差，吸附分離僅用

2、在吸濕干燥、脫色、除臭、飲用水凈化上，吸附劑往往是一次性使用，使用時能耗不高。1942年德國發(fā)表了第一篇無熱吸附干燥和凈化空氣（脫除CO2和H2O）的專利文獻(xiàn)，1959年Skarstrom發(fā)明了PSA氣體分離技術(shù)（當(dāng)時稱為“等溫吸附”或“無熱吸附”）。上世紀(jì)60年代初，在世界能源危機(jī)情況下，美國聯(lián)合碳化物公司(UCC)首次實(shí)現(xiàn)了變壓吸附四床工藝技術(shù)的工業(yè)化，于1966年建成投產(chǎn)了第一套PSA法從含氫工業(yè)氣體中回收高純度氫的工業(yè)裝置。隨著世界能源的短缺，各國和各行業(yè)越來越重視低品位資源的開發(fā)與利用，以及各國對環(huán)境污染的治理要求也越來越高，由于吸附分離技術(shù)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)品純度高、操作簡單、

3、靈活、環(huán)境污染小、原料氣源適應(yīng)范圍寬，使得吸附分離技術(shù)在鋼鐵工業(yè)、氣體工業(yè)、電子工業(yè)、石油和化工工業(yè)中日益受到重視；另一方面，吸附劑也有了重大發(fā)展，如性能優(yōu)良的分子篩吸附劑的研制成功，活性炭、活性氧化鋁和硅膠吸附劑性能的不斷改進(jìn)，以及ZSM特種吸附劑和活性炭纖維的發(fā)明，都為連續(xù)操作的大型吸附分離工藝奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。我國石化行業(yè)在上世紀(jì)70年代開始引進(jìn)吸附分離技術(shù)，從合成氣中脫除CO2以制造高純度氫氣。中國西南化工研究設(shè)計院于上世紀(jì)70年代初開始進(jìn)行采用變壓吸附技術(shù)分離氣體混合物的實(shí)驗(yàn)研究，并于1982年在上海建成了兩套從氨廠弛放氣中回收氫的變壓吸附工業(yè)裝置。由于變壓吸附(PSA)氣體分離技術(shù)是

4、依靠壓力的變化來實(shí)現(xiàn)吸附與再生的，因而再生速度快、能耗低，屬節(jié)能型氣體分離技術(shù)。并且，該工藝過程簡單、操作穩(wěn)定、對于含多種雜質(zhì)的混合氣可將雜質(zhì)一次脫除得到高純度產(chǎn)品。因而近三十年來發(fā)展非常迅速，隨著吸附劑、工藝過程控制、儀表控制及工程實(shí)施等方面研究的深入，變壓吸附技術(shù)在氣體分離和純化領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，已廣泛應(yīng)用于含氫氣體中氫氣的提純，混合氣體中一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮?dú)狻鍤夂蜔N類的制取、各種氣體的無熱干燥等，而其中變壓吸附制取純氫技術(shù)的發(fā)展尤其令人矚目。第二節(jié) 吸附分離工藝原理一、基本概念吸附是指當(dāng)兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時，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

5、過程。具有吸附作用的物質(zhì)（一般為密度相對較大的多孔固體）被稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)（一般為密度相對較小的氣體或液體）稱為吸附質(zhì)。我們通常所說的氣體的吸附是指氣體在與多孔性固體結(jié)束時，氣體中一種或幾種組分被吸著在固體表面的現(xiàn)象。1吸附過程的分類根據(jù)吸附質(zhì)與吸附劑分子之間的相互作用不同，吸附通?？煞譃樗拇箢悾矗夯瘜W(xué)吸附、活性吸附、毛細(xì)管凝縮、物理吸附。（1） 化學(xué)吸附化學(xué)吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)兩者分子之間發(fā)生有化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成化合物的吸附過程。這種吸附過程一般進(jìn)行的很慢，一般是不可逆的，解吸過程非常困難，吸附熱接近于化學(xué)反應(yīng)熱，且吸附劑本身的性質(zhì)對吸附質(zhì)的選擇性起著決定性。（2） 活

6、性吸附活性吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)兩者分子之間相互作用，生成有表面絡(luò)合物的吸附過程。這種絡(luò)合物不是一般的絡(luò)合物，吸附劑分子仍留在吸附劑的晶格上。這種吸附過程一般進(jìn)行的也很慢，相間平衡持續(xù)時間較長；吸附熱較大，一般接近于化學(xué)反應(yīng)熱；一般是不可逆過程，解吸也比較困難；吸附劑本身的性質(zhì)對吸附質(zhì)的選擇性起著決定性作用。（3） 毛細(xì)管凝縮毛細(xì)管凝縮是指固體吸附劑在吸附蒸氣時，在吸附劑孔隙內(nèi)發(fā)生的凝結(jié)現(xiàn)象。一般需加熱才能完全再生。（4） 物理吸附物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（即范德華力和電磁力）進(jìn)行的吸附過程。其特點(diǎn)是：吸附過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，吸附熱一般不大，接近于冷凝熱；吸附過程進(jìn)行的極快

7、，參與吸附的各相物質(zhì)間的動態(tài)平衡在瞬間即可完成；這種吸附是完全可逆的；除了固體表面狀況之外，吸附劑本身性質(zhì)對吸附質(zhì)無選擇作用。PSA制氫裝置中的吸附主要為物理吸附。2吸附力在物理吸附中，各種吸附劑對氣體分子之所以有吸附能力是由于處于氣、固相分界面上的氣體分子的特殊形態(tài)。一般來說，只處于氣相中的氣體分子所受的來自各方向的分子吸引力是相同的，氣體分子處于自由運(yùn)動狀態(tài)；而當(dāng)氣體分子運(yùn)動到氣、固相分界面時(即撞擊到吸附劑表面時)，氣體分子將同時受到固相和氣相中分子的引力，其中來自固相分子的引力更大，當(dāng)氣體分子的分子動能不足以克服這種分子引力時，氣體分子就會被吸附在固體吸附劑的表面。被吸附在固體吸附劑表

8、面的氣體分子又被稱為吸附相，其分子密度遠(yuǎn)大于氣相，一般可接近于液態(tài)的密度。固體吸附劑表面分子對吸附相中氣體分子的吸引力可由以下公式來描述：分子引力F=C1/rm-C2/rn (mn) 其中：C1表示引力常數(shù)，與分子的大小、結(jié)構(gòu)有關(guān) C2表示電磁力常數(shù)，主要與分子的極性和瞬時偶極矩有關(guān) r表示分子間距離因而對于不同的氣體組分，由于其分子的大小、結(jié)構(gòu)、極性等性質(zhì)各不相同，吸附劑對其吸附的能力就各不相同。 組分 吸附能力 氦氣 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)圖1 為不同組分在分子篩

9、上的吸附強(qiáng)弱順序示意圖二、吸附平衡1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)在兩相中的分布達(dá)到平衡的過程。在實(shí)際的吸附過程中，吸附包括兩個過程：吸附質(zhì)分子會不斷地碰撞吸附劑表面并被吸附劑表面的分子引力束縛在吸附相中（吸附）；同時吸附相中的吸附質(zhì)分子又會不斷地從吸附劑分子或其它吸附質(zhì)分子得到能量，從而克服分子引力離開吸附相（解吸）；隨著吸附質(zhì)在吸附劑表面數(shù)量的增加，解吸速度逐漸加快，當(dāng)吸附和解吸速度相當(dāng)，一定時間內(nèi)進(jìn)入吸附相的吸附質(zhì)分子數(shù)和離開吸附相的吸附質(zhì)分子數(shù)相等，從宏觀上看，吸附量不再增加時，吸附過程就達(dá)到了平衡。對于物理吸附而言，動態(tài)吸附平衡很快就能完

10、成。2平衡吸附量吸附過程達(dá)到吸附平衡時，吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量稱為平衡吸附量。平衡吸附量的大小與吸附劑的物化性能比表面積、孔結(jié)構(gòu)、粒度、化學(xué)成分有關(guān)，也與吸附質(zhì)的物化性能、壓力（或濃度）、溫度等因素有關(guān)。在吸附劑和吸附質(zhì)一定時，平衡吸附量就是吸附質(zhì)的分壓（或濃度）和溫度的函數(shù)。3吸附等溫線（物理吸附的兩個性質(zhì)）在實(shí)際中，經(jīng)常用吸附等溫線來描述吸附過程中平衡吸附量與吸附質(zhì)分壓（或濃度）的關(guān)系，吸附等溫線就是在一定的溫度下，測定出不同壓力下，吸附質(zhì)組份在吸附劑上的平衡吸附量，將不同壓力下得到的平衡吸附量連接而成的曲線。（1）溫度和壓力對平衡吸附量的影響當(dāng)固定溫度（或壓力）時，平衡吸附量就是壓力（或

11、溫度）的單值函數(shù)，從而得到吸附等溫函數(shù)（或吸附等壓函數(shù)）。對于確定的吸附劑和吸附質(zhì)（吸附體系），在一定的溫度和壓力下，平衡吸附量是一個定值。圖2給出了不同溫度下的吸附等溫線示意圖。CBDT2T1Qtp變壓吸附變溫吸附溫度 T2T1QpP1P2吸附量Qt組分分壓 A分壓 P2P1圖2 不同溫度下的吸附等溫線示意圖從上圖的BC和AD可以看出：在壓力一定時，隨著溫度的升高吸附劑的吸附容量逐漸減小。從上圖的BA可以看出：在溫度一定時，隨著吸附質(zhì)分壓的升高吸附劑的吸附容量逐漸增大。從微觀上解釋，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是：由于壓力越高單位時間內(nèi)撞擊到吸附劑表面的氣體分子數(shù)越多，因此壓力越高平衡吸附容量也就

12、越大；而溫度越高氣體分子的動能越大，能被吸附劑表面分子引力束縛的分子就越少，因此溫度越高平衡吸附容量就越小。吸附劑的這一特性也可以用Langmuir吸附等溫方程來描述： （Ai：吸附質(zhì)i的平衡吸附量，K1、K2： 吸附常數(shù) ，P：吸附壓力，Xi：吸附質(zhì)i的摩爾組成）。在通常的工業(yè)變壓吸附過程中，由于吸附-解吸循環(huán)的周期短（一般只有數(shù)分鐘），吸附熱來不及散失，恰好可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，吸附過程可近似看做等溫過程，其特性基本符合Langmuir吸附等溫方程。（2）吸附劑對不同組分的吸附能力不同（即具有選擇性）對于同一種吸附劑，不同的吸附質(zhì)，在相同的溫度和壓力

13、下，由于吸附質(zhì)各組分分子的結(jié)構(gòu)、大小、極性各不相同，吸附劑對吸附質(zhì)的吸附能力不同，吸附劑的平衡吸附量是不同的，即具有選擇性。下面給出的是某種吸附劑對不同的氣體組分在38下的吸附等溫曲線。圖3 不同氣體組分38下在活性炭類吸附劑上的吸附等溫線氣體吸附分離工藝過程之所以得以實(shí)現(xiàn)是由于吸附劑在物理吸附中具有的上述兩個基本性質(zhì)：一是對不同組分的吸附能力不同（即具有選擇性），二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓和溫度而變化，分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對混合氣體中某些組分的優(yōu)先吸附而使其它組分得以提純；利用吸附劑的第二個性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸

14、附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的。三、吸附傳質(zhì)過程1吸附的傳質(zhì)過程吸附劑都是內(nèi)部具有很多小孔的多孔性物質(zhì)，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附過程十分復(fù)雜。圖4 吸附質(zhì)在吸附劑上擴(kuò)散的示意圖以氣體吸附質(zhì)在固體吸附劑上的吸附過程為例，吸附質(zhì)從氣體主流至吸附劑內(nèi)部的傳遞過程分為兩個階段：第一階段是從氣體主流通過吸附劑顆粒周圍的氣膜達(dá)到吸附劑的表面，稱為外部傳遞過程或外擴(kuò)散；第二階段是從吸附劑顆粒表面?zhèn)飨蝾w粒孔隙內(nèi)部，稱為孔內(nèi)部傳遞過程或內(nèi)擴(kuò)散。 這兩個階段是按先后順序進(jìn)行的，在吸附時氣體先通過氣膜到達(dá)顆粒表面，然后才能向顆粒內(nèi)擴(kuò)散，脫附則逆向進(jìn)行。吸附質(zhì)在吸附劑

15、上的擴(kuò)散過程示意圖見圖4。氣體分子到達(dá)顆粒外表面時，一部分會被外表面所吸附，而被吸附的分子有可能沿著顆粒內(nèi)的孔壁向內(nèi)深入擴(kuò)散，稱為表面擴(kuò)散；一部分氣體分子還可能在顆粒內(nèi)的孔中向深入擴(kuò)散，稱為孔擴(kuò)散；在孔擴(kuò)散的途中氣體分子又可能與孔壁表面碰撞而被吸附，所以內(nèi)擴(kuò)散是既有平行又有順序的吸附過程，可以表示為 表面吸附 表面擴(kuò)散外擴(kuò)散 孔擴(kuò)散 孔擴(kuò)散直到中心內(nèi)表面吸附 表面擴(kuò)散可見吸附傳遞過程由三部分：外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散和表面吸附三部分組成，吸附過程的總速度取決于最慢階段的速度。2吸附的傳質(zhì)區(qū)、吸附前沿、流出曲線及穿透點(diǎn)（1）吸附前沿 將顆粒大小均一的吸附劑裝填在固定吸附床中，含有一定濃度（分壓）吸附質(zhì)的混

16、合氣體以恒定的流速通過吸附床層，床層內(nèi)不同位置上的吸附質(zhì)濃度隨時間而變化。理想狀況下，假設(shè)床層內(nèi)的吸附劑完全沒有傳質(zhì)阻力，即吸附速度無限大，則吸附質(zhì)一直是以初始濃度向氣體流動方向推進(jìn)，類似于活塞在氣圖5 理想狀態(tài)下吸附劑床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度的變化缸內(nèi)推進(jìn)。如圖5所示。實(shí)際吸附過程中，由于傳質(zhì)阻力的存在，流體的速度、吸附相平衡以及吸附機(jī)理等各方面的影響，吸附質(zhì)濃度恒定的混合氣體通過吸附床層時，首先是在吸附床層的進(jìn)口處形成S形曲線，如圖6所示，此曲線稱為吸附圖6 實(shí)際吸附過程中吸附質(zhì)濃度隨時間的變化前沿（或傳質(zhì)前沿）。（2）吸附的傳質(zhì)區(qū)隨著氣體混合物的不斷流入，吸附前沿將不斷向前移動，經(jīng)過一段時間后，

17、吸附前沿的前端將到達(dá)吸附床的出口端。S形曲線所占的床層長度稱圖7 吸附過程中吸附床層內(nèi)的區(qū)域分布為吸附的傳質(zhì)區(qū)（MTZ）。傳質(zhì)區(qū)形成后，只要?dú)饬魉俣炔蛔?，入口氣體混合物中吸附質(zhì)濃度不變，其長度將不改變，隨著氣流的進(jìn)入，沿氣流方向向前推進(jìn)。因此在吸附過程中，如圖7所示，吸附床內(nèi)可以分為三個區(qū)域：吸附飽和區(qū)：在此區(qū)域內(nèi)的吸附劑不再吸附，達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)；吸附傳質(zhì)區(qū)：在此區(qū)域內(nèi)的吸附劑已經(jīng)吸附了部分吸附質(zhì)，但未達(dá)到動態(tài)平衡，還在繼續(xù)進(jìn)行吸附；未吸附區(qū)：此區(qū)域內(nèi)的吸附劑為“新鮮”吸附劑，吸附劑還未開始吸附；上圖中，曲線與坐標(biāo)所形成的面積，稱為吸附劑的吸附負(fù)荷。在吸附飽和區(qū)部分，是吸附劑在吸附質(zhì)初始濃度

18、Co下的飽和吸附量。如將圖中的縱坐標(biāo)由吸附質(zhì)濃度改為吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量，即可得到吸附負(fù)荷曲線（如圖9所示）。“吸附前沿”常應(yīng)用于吸附過程的工程概念中，它表示在吸附床的傳質(zhì)區(qū)與未吸附區(qū)之間存在著吸附前沿。吸附前沿的高低，決定了吸附分離所能得到的極限純度，是在工程過程控制中，吸附分離制取純氣體中所允許雜質(zhì)含量的極限控制的重要參數(shù)。（3）流出曲線在吸附床中，隨著氣體混合物的不斷流入，吸附前沿不斷向床層出口推進(jìn)，經(jīng)過一段時間，吸附質(zhì)出現(xiàn)在吸附床出口處，并隨時間推移，吸附質(zhì)濃度不斷上升，最終達(dá)到進(jìn)入吸附床的吸附質(zhì)初始濃度。測定吸附床出口處吸附質(zhì)濃度隨時間的變化，便可繪出如圖8所示曲線，此曲線稱為流圖

19、8 固定吸附床的流出曲線出曲線。實(shí)際上吸附前沿（吸附負(fù)荷曲線）與流出曲線是成鏡面對稱相似的。如圖9所示，與吸附前沿一樣，傳質(zhì)阻力大，傳質(zhì)區(qū)愈大，流出曲線的波幅就愈大，反之，傳質(zhì)阻力愈小，流出曲線的波幅也愈小。在極端理想的情況下，即吸附速度無限大，吸附前沿曲線和流出曲線成了垂直線，床層內(nèi)的吸附都可能被有效利用。圖9（a）中，橫坐標(biāo)z為吸附床長度，縱坐標(biāo)q為吸附量，曲線為吸附負(fù)荷曲線；圖9（b）中，橫坐標(biāo)t為吸附時間，縱坐標(biāo)c為吸附質(zhì)濃度，曲線為吸附流出曲線。圖中面積abcdefa為傳質(zhì)區(qū)的總吸附容量（U+V），吸附前沿（負(fù)荷）曲線上方（或流出曲線下方）的面積agdefa是傳質(zhì)區(qū)仍具有吸附能力的容

20、量（U），吸附前沿（負(fù)荷）曲線的下方（或流出曲線的上方）的面積abcdga是傳質(zhì)區(qū)中被吸附部分（V），面積abfk為吸附飽和區(qū)。影響流出曲線形狀的因素由吸附劑的性質(zhì)、顆粒的形狀和大小、氣體混合物的組成和性質(zhì)、混合氣體的流速、吸附平衡和機(jī)理以及吸附床的溫度和壓力等。通過對流出曲線的研究，可以評價吸附劑的性能，測取傳質(zhì)系數(shù)和了解吸附床的操作狀況。圖9 吸附負(fù)荷曲線和流出曲線（4）穿透點(diǎn)從吸附床氣體進(jìn)口端流進(jìn)吸附質(zhì)初始濃度恒定的氣體混合物，氣體中的吸附質(zhì)就從入口端開始依次被吸附在吸附劑床層上，在床層的氣體流動方向上形成一個濃度梯度（即傳質(zhì)區(qū)）。吸附過程只是在傳質(zhì)區(qū)為一定形狀的濃度分布范圍內(nèi)進(jìn)行，在吸

21、附工況處于穩(wěn)定狀態(tài)下，濃度梯度的分布形狀和長度基本不變，以一定的速度在吸附床層上移動。隨著吸附過程的持續(xù)進(jìn)行，吸附床內(nèi)的吸附飽和區(qū)逐漸擴(kuò)大，而尚未吸附區(qū)逐漸縮小。當(dāng)傳質(zhì)區(qū)到達(dá)吸附床出口端時，流出氣體中的吸附質(zhì)濃度開始突然上升的位置，即所謂的穿透點(diǎn)（圖8中的c點(diǎn)），與其相對應(yīng)的吸附質(zhì)濃度、吸附時間分別稱為穿透濃度和穿透時間。 工程上為了設(shè)計固定吸附床，必須進(jìn)行傳質(zhì)區(qū)長度和流出曲線的計算，由于已有的計算方法都是在很多假設(shè)的條件下進(jìn)行的，因此通常用實(shí)驗(yàn)手段測定傳質(zhì)區(qū)長度和流出曲線，然后在此基礎(chǔ)上建立計算機(jī)模擬軟件來進(jìn)行吸附系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)設(shè)計。四、吸附劑 吸附劑是吸附分離過程得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，一般固體的

22、表面都會有一定的吸附作用，但沒有實(shí)際應(yīng)用意義。能夠在工業(yè)上使用的吸附劑最主要的特征為固體內(nèi)部具有多孔的結(jié)構(gòu)，類似于海綿體狀態(tài)，具有極大的內(nèi)表面積，而一般固體的外表面積是微不足道的。吸附劑都是多孔性物質(zhì)，具有較大的比表面積，從而具有較大的比表面自由能。自由能產(chǎn)生是由于固體表面原子所受的力處于不平衡狀態(tài)，總是產(chǎn)生一個向著固體內(nèi)部方向的合力，這個力會延伸到固體以外的空間，有從外界捕獲其它原子以降低這種額外力的趨向，因此表面具有吸附各種分子的能力。當(dāng)氣體或液體分子被吸附在固體表面時，就會使力場達(dá)到平衡，固體表面自由能降低。自由能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽簿褪俏竭^程中放熱的原因。1、 工業(yè)吸附的性能要求實(shí)際工業(yè)應(yīng)

23、用中，由于不同的混合氣（液）體系及不同的凈化度要求，而采用不同的吸附劑，但作為吸附劑一般都有如下的性能要求。（1）具有大的比表面積在吸附過程中，吸附質(zhì)在固體顆粒上的吸附多為物理吸附，由于這種吸附通常只發(fā)生在固體表面幾個分子直徑的厚度區(qū)域，單位面積固體表面所吸附的吸附質(zhì)量非常小，作為工業(yè)吸附劑，需要有較大的吸附容量，因此必須有足夠大的比表面積以彌補(bǔ)這一不足。表1列出了常用吸附劑的比表面積。表1 常用吸附劑比表面積吸附劑硅膠活性氧化鋁活性炭分子篩比表面積m2/g3008001004005001500450750吸附劑之所以具有如此大的比表面積，是因?yàn)樗哂邪l(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)。（2）具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和

24、耐磨性 由于在吸附分離工藝過程中，吸附劑顆粒要經(jīng)受氣（液）體的反復(fù)沖刷，壓力變化頻繁，有時還會涉及較高的溫差變化，工作條件極其苛刻，如果吸附劑沒有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，在實(shí)際應(yīng)用中就會產(chǎn)生破碎粉化現(xiàn)象，破壞吸附床層的均勻性，使分離效果下降，而且產(chǎn)生的粉末還會堵塞管道和閥門，導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大，使整個分離裝置的生產(chǎn)能力大幅度下降。因此對于工業(yè)吸附劑，均要求具有良好的物理機(jī)械性能。（3）具有一定的吸附分離能力使用吸附劑的目的是實(shí)現(xiàn)混合氣（液）體的分離凈化，因此吸附劑均應(yīng)具有在某一特定條件下對氣（液）體混合物的分離凈化能力。即對要吸附的物質(zhì)（組分）吸附速度快、吸附容量大，對不需要吸附的組分吸附速度慢

25、、吸附容量小，具有較好的選擇性。（4）顆粒大小均勻，流動阻力系數(shù)小吸附劑的外形通常為球形和短柱形，也有其他如無定形顆粒的，顆粒大小均勻可以使流體通過床層時分布均勻，避免產(chǎn)生短路、偏流及返混現(xiàn)象，提高吸附劑的利用率和吸附分離效果。吸附劑的顆粒大小和形狀對吸附劑床層的壓力將影響很大，顆粒大小均勻可以減小流動阻力系數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工藝要求適當(dāng)選擇。2、工業(yè)上常用的吸附劑各種吸附劑具有各自的特定性能，用途各不相同。在工業(yè)吸附分離裝置中，針對不同的混合物系及不同的凈化度要求，將采用不同的吸附劑或組合。目前吸附分離過程中常用的吸附劑有分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠等。（1） 分子篩分子篩是一種微孔型

26、具有立方晶格的硅鋁酸鹽的多水化合物，有人工合成的，也有天然的，稱為泡沸石。人們首先認(rèn)識的是天然沸石并將其應(yīng)用到工業(yè)鍋爐給水軟化、天然氣凈化、污水和廢氣治理等方面。由于其用途日趨廣泛及重要，自40年代開始大規(guī)模人工制造各種人造沸石。據(jù)報道已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然沸石至少有40余種，而人工合成的已達(dá)到150多種。合成沸石亦稱為沸石分子篩，目前制造方法主要采用的是水熱合成法，其次是堿處理法。沸石分子篩具有以下特點(diǎn)：選擇性好，凈化效果高。微孔孔徑分布單一、均勻，凡被處理的流體中分子直徑大于微孔尺寸的都不能進(jìn)入微孔，吸附發(fā)生在孔穴內(nèi)部，能把直徑小于孔穴尺寸的分子吸入孔內(nèi)，把直徑大于微孔尺寸的分子擋在孔外，可以起到

27、篩分的作用，所以稱為分子篩，故能按照氣體分子大小進(jìn)行選擇性吸附；吸附能力強(qiáng)，是一種強(qiáng)極性吸附劑對極性分子、不飽和分子和極化率大的分子有很高的親和力，對水、二氧化碳和乙炔的吸附能力都很強(qiáng)；吸附效率高在低吸附質(zhì)分壓、高溫、高氣體線速度條件下，仍能保持較高的吸附容量；共吸附性能好在吸附水的同時，還可以吸附其它氣體，如烴類、氨、H2S、SO2等；各種雜質(zhì)氣體分子的吸附能力順序如下：吸附酸堿性氣體的順序：H2OH2SNH3SO2CO2 吸附碳?xì)浠衔锏捻樞颍篐2OC3H5C2H2C2H4，CO2，C3H8C2H6CH4 CO2動吸附容量對壓力變化不敏感，對溫度變化敏感當(dāng)溫度從278K升高至318K時，分

28、子篩對CO2的動吸附容量減小70。沸石分子篩通常以化學(xué)式表示如下:式中： 陽離子，主要是、等堿金屬或堿土金屬離子； 陽離子的價數(shù)； 結(jié)晶數(shù)的分子數(shù)；、系數(shù)，、均為整數(shù)，且。通過在制造過程中調(diào)節(jié)硅鋁比例，改變配料或用離子交換方法變更陽離子及其位置，調(diào)節(jié)晶化過程的溫度、壓力、時間等手段，都可以改變晶形大小、微孔尺寸以及沸石的結(jié)構(gòu)等特征，從而制得不同型號的分子篩。分子篩的種類繁多，目前主要有A型、X型和Y型三種類型，每一類型的分子篩按其陽離子的不同，孔徑和性質(zhì)也有所不同。表2給出了集中常用分子篩的篩孔直徑及化學(xué)組成。表3給出了各種組分分子的大小和分子篩的選擇性。表2 常用分子篩的化學(xué)組成及孔徑型號分

29、子比孔徑典型化學(xué)組成3A(鉀A型)233.34A(鈉A型)24.24.75A(鈣A型)24.95.610X(鈣X型)2.33.38913X(鈉X型)2.33.5910Y(鈉Y型)3.35910鈉絲光沸石3.36約5表3 組分分子大小和分子篩的選擇性在工業(yè)上，沸石分子篩主要用于各種氣（液）混合物的干燥及用來分離正烷烴等。（2）硅膠硅膠有天然的，也有人工合成的，是一種合成無定形二氧化硅球形顆粒的剛性連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，主要成分為SiO2nH2O。通常天然的多孔SiO2稱為硅藻土，人工合成的稱為硅膠，是由硅酸溶液（水玻璃）凝結(jié)而成的人造水硅石。由于人工合成的多孔SiO2雜質(zhì)少，品質(zhì)純正，耐熱耐磨性好，而且可以

30、根據(jù)需要制成特定的形狀、粒度和表面結(jié)構(gòu)，工業(yè)上作為吸附劑使用的都是人工合成的。硅膠具有以下特點(diǎn)： 具有極大的內(nèi)表面積，為多孔性結(jié)構(gòu)； 顆粒堅硬，有較好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，是一種高活性可再生的吸附劑； 硅膠為親水的極性吸附劑，易于吸附極性物質(zhì)（如水、甲醇等），吸附氣體中的水分可達(dá)到其自身重量的50以上，但難于吸附非極性物質(zhì)（如正構(gòu)或異構(gòu)烷烴等）； 吸附容量大，再生溫度低，再生溫度為150左右，價格便宜； 吸附熱高，硅膠吸附水分時，放出大量的吸附熱，可使本身溫升達(dá)100，容易造成破碎；故硅膠常用作脫水劑、干燥劑，同時也用作特殊的吸附劑或催化劑載體。硅膠分為粗孔和細(xì)孔兩種：粗孔硅膠孔徑為50100A，

31、其吸水能力強(qiáng)，且吸水不易破碎，機(jī)械強(qiáng)度好，常用于干燥器中吸附水份；細(xì)孔硅膠孔徑為2540A，其吸附二氧化碳和乙炔的能力較強(qiáng)，吸水易破碎，常用某些特定的吸附器中吸附無水混合氣（液）體中的二氧化碳和乙炔等。表4給出了常用硅膠的技術(shù)性能參數(shù)。表4 硅膠的技術(shù)性能參數(shù) 指標(biāo)品種顆粒度mm密度Kg/m3比熱容KJ/Kg吸濕率100遇水不破碎率含水率耐磨強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度N/粒熱導(dǎo)率粗孔球形硅膠684005001.00070010395300細(xì)孔球形硅膠467001.000300395300KSG-1細(xì)孔球形硅膠686007001.04735953981500.077KSG-2粗孔球形硅膠684005001.0

32、4770953981500.077注：為相對濕度（3）活性氧化鋁活性氧化鋁一般是人工合成的產(chǎn)物（亦鋁膠），是一種部分水化、多孔性、無定形的氧化鋁，由Al2O3的水合物Al(OH)3或AlO(OH)經(jīng)不同溫度的加熱脫水處理而得，根據(jù)制造工藝的不同，可制得8種亞穩(wěn)態(tài)的氧化鋁，其中以- Al2O3和- Al2O3的化學(xué)活性為最高，故稱為活性氧化鋁?；钚匝趸X具有以下特點(diǎn)： 具有較大的比表面積； 具有很高的吸附能力，活性氧化鋁是一種極性吸附劑，它對水分有較強(qiáng)的親和力?；钚匝趸X對水分的吸附量與硅膠相比高飽和度時鋁膠大于硅膠，低飽和度時正好相反。硅膠吸附容量為68（吸附硅膠本身重量的68水分），鋁膠吸附

33、容量為35，硅膠和鋁膠能達(dá)到的干燥程度如表5所示。表5 硅膠與鋁膠能達(dá)到的干燥程度吸附劑硅膠鋁膠干燥后水份數(shù)量 g/m30.030.005干燥后相當(dāng)?shù)穆饵c(diǎn)溫度 -52-64在一定的操作條件下，活性氧化鋁的干燥精度可以達(dá)到露點(diǎn)70以下；因此活性氧化鋁是理想的脫水劑、干燥劑； 與分子篩相比，再生溫度低得多，再生能耗低； 耐壓和耐磨強(qiáng)度都優(yōu)于分子篩；與工業(yè)用硅膠相比，具有遇水不裂的優(yōu)點(diǎn)?；钚匝趸X在工業(yè)上經(jīng)常用作氣（液）體的干燥劑，也可用作催化劑載體。表6給出了某種型號活性氧化鋁的技術(shù)性能參數(shù)。表6 某型號活性氧化鋁性能參數(shù)外觀粒徑mm堆比重g/cm3耐磨wt%強(qiáng)度Kg/個球孔容ml/g比表面積m2

34、/g白色球形顆粒250.70.7521013約0.4300（4）活性炭活性炭是一種多孔性含碳物質(zhì)的顆粒粉末，是人們最早使用的吸附劑，其制造和利用的歷史可追溯到19世紀(jì)?；钚蕴勘砻婢哂醒趸鶊F(tuán)，為非極性或弱極性吸附劑，具有如下特點(diǎn)： 具有極大的內(nèi)表面，其比表面積在所有吸附劑中為最高，比其它吸附劑能吸附更多的非極性或弱極性有機(jī)分子； 表面為非極性或弱極性，而水是強(qiáng)極性物質(zhì)，因而活性炭是唯一可以用于濕氣處理而不需要預(yù)先除去水分的工業(yè)吸附劑，一般用來處理濕混合氣和水溶液； 吸附熱或鍵的強(qiáng)度通常比其它吸附劑低，因而被吸附的分子解吸較為容易，再生時能耗低?；钚蕴扛鶕?jù)其用途可分為適用于氣相和適用于液相使用的

35、兩類。適用于氣相的活性炭，大部分孔徑在12.5nm之間，而適用于液相的活性炭，大部分孔徑接近或大于3nm。上世紀(jì)70年代后期，開發(fā)出了分子篩炭（MSC），它是一種兼具活性炭和分子篩某些特性的炭基吸附劑。分子篩炭具有很小的微孔組成，孔徑分布在0.31nm之間，因?yàn)樗染哂蟹肿雍Y的特性又保持其低親水性，所以更加有效地應(yīng)用于濕氣體的分離。五、吸附分離方法 工業(yè)上吸附分離過程中使用的吸附劑通常都是循環(huán)使用的，為了使吸附分離法經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)，除了吸附劑要具有良好的吸附性能以外，吸附劑的再生方法也具有關(guān)鍵意義。吸附劑的再生程度決定了產(chǎn)品的純度，也影響吸附劑的吸附能力；吸附劑的再生時間決定了吸附循環(huán)周期的長

36、短，也決定了吸附劑用量的多少。因此選擇合適的再生方法，對吸附分離法工業(yè)化起著重要作用。從描述吸附平衡的吸附等溫曲線（圖2所示）可以看出，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（濃度）的上升而增大；在同一吸附質(zhì)分壓（濃度）下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度的升高而減少。也就是是說加壓降溫有利于吸附質(zhì)的吸附，降壓加溫有利于吸附質(zhì)的解吸或吸附劑的再生。按照吸附劑的再生方法，通常將吸附分離循環(huán)過程分為兩類：變溫吸附和變壓吸附，圖2中表示了這兩種方法的概念，圖中橫坐標(biāo)為吸附質(zhì)的分壓，縱坐標(biāo)為單位吸附劑的吸附量。1、變溫吸附(TSA) 變溫吸附（Temperature Swing Ads

37、orption縮寫為TSA）就是在較低溫度（常溫或更低）下進(jìn)行吸附，在較高溫度下使吸附的組分解吸出來，使吸附劑再生，循環(huán)使用，即變溫吸附是在兩條不同的等溫吸附線之間上下移動進(jìn)行著吸附和解吸過程。如圖2所示，變溫吸附過程正是利用圖中吸附劑在A-D段的特性來實(shí)現(xiàn)吸附與解吸的，吸附劑在低溫T1 (即A點(diǎn))下大量吸附原料氣中的某些雜質(zhì)組分，然后升高溫度至T2(到D點(diǎn))使雜質(zhì)得以解吸。變溫吸附是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的循環(huán)吸附工藝，具有以下特點(diǎn)： 能耗高 吸附劑的再生需要加熱，在吸附前需要冷卻，需要相應(yīng)的加熱和冷卻介質(zhì)，增加了分離過程的能耗，增加了操作費(fèi)用，降低了該法的經(jīng)濟(jì)效益。 循環(huán)周期長 由于吸附劑的熱傳導(dǎo)

38、率比較低，加熱和冷卻時間比較長，過程比較緩慢，因此循環(huán)時間較長，從數(shù)小時至數(shù)天不等。 投資大 由于變溫吸附需要對吸附劑進(jìn)行加熱和冷卻，必須配備相應(yīng)的加熱和冷卻設(shè)備，增加了投資；同時由于吸附劑有效吸附量的限制，而循環(huán)周期較長，因此吸附床比較大，增大了投資。 吸附劑使用壽命相對較短由于變溫吸附過程中需要對吸附劑進(jìn)行反復(fù)加熱和冷卻，溫度周期性大幅度變化，吸附劑受到反復(fù)熱沖擊，吸附劑性能下降相對較快，影響了吸附劑的使用壽命。再生徹底 由于使用加熱再生，可以使吸附劑再生徹底，使一些難解吸的雜質(zhì)得以解吸，殘留吸附量低。由于以上一些特點(diǎn)，變溫吸附通常適用于原料氣中雜質(zhì)組分含量低、產(chǎn)品回收率要求較高或難解吸雜

39、質(zhì)組分的分離過程。2、變壓吸附（PSA） 變壓吸附（Pressure Swing Adsorption縮寫為PSA）就是在較高壓力下進(jìn)行吸附，在較低壓力（甚至真空狀態(tài)）下使吸附的組分解吸出來，使吸附劑再生，得以循環(huán)使用。由于變壓吸附循環(huán)周期一般較短，吸附熱來不及散失可供解吸用，吸附熱和解吸熱引起的床層溫度變化很小，可以近似看作等溫過程。如圖2所示，變壓吸附過程是利用吸附劑在A-B段的特性來實(shí)現(xiàn)吸附與解吸的，吸附劑在高雜質(zhì)壓(即A點(diǎn))下大量吸附原料氣中需脫除的某些雜質(zhì)組分，然后降低雜質(zhì)的分壓(到B點(diǎn))使雜質(zhì)得以解吸，即變壓吸附工作狀態(tài)是在一條吸附等溫線上變化。（1）吸附劑的再生方法變壓吸附工藝中

40、常用的再生方法有以下幾種，它們都是通過為了降低吸附床內(nèi)被吸附組分分壓，使被吸附組分解吸出來，使吸附劑得到再生的。 降壓 降壓是指降低吸附床層的總壓。吸附床在較高壓力下完成了吸附操作后，降低至較低的壓力，通常接近于大氣壓，此時一部分被吸附的組分解吸出來。這個方法操作簡單，但被吸附組分的解吸不充分，吸附劑的再生程度不高，幾乎所有的變壓吸附工藝都采用有這種再生方法。 抽真空 吸附床降低至接近大氣壓后，為了進(jìn)一步降低吸附床內(nèi)被吸附組分的分壓，采用抽真空的方法降低吸附床的壓力，從而使被吸附組分在負(fù)壓下進(jìn)一步解吸，吸附劑得到更好的再生效果。 沖洗 利用弱吸附組分氣體或其它適當(dāng)?shù)臍怏w（產(chǎn)品氣）通過需要再生的

41、吸附床，使吸附床內(nèi)被吸附組分的分壓隨沖洗氣的通過而下降，得到解吸，使吸附劑得到再生。 置換用一種適當(dāng)?shù)奈侥芰^原先被吸附的組分強(qiáng)的氣體通過吸附床，將原先被吸附的組分從吸附劑上置換出來，使吸附劑得到再生，這種方法通常用于產(chǎn)品組分吸附能力強(qiáng)而雜質(zhì)組分吸附能力較弱，即從吸附相獲得產(chǎn)品的場合。工業(yè)變壓吸附分離過程中，采用哪種再生方法是根據(jù)被分離氣體混合物中各組分的性質(zhì)、產(chǎn)品純度和收率要求、吸附劑的特性以及操作條件等來選擇的，通常是幾種再生方法配合實(shí)施。無論采用何種方法再生，再生結(jié)束時吸附床內(nèi)吸附質(zhì)的殘留量不會等于零，即吸附床內(nèi)吸附劑不可能徹底再生，而只能將吸附床內(nèi)吸附質(zhì)的殘留量降低至最小。（2）變壓

42、吸附操作的基本步驟單一的固定吸附床操作，無論是變溫吸附還是變壓吸附，由于吸附劑需要再生，吸附都是間歇式的。因此工業(yè)上都是采用兩個或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生交替進(jìn)行：當(dāng)一個吸附床處于吸附過程時，其它吸附床就處于再生過程的不同階段；當(dāng)該吸附床結(jié)束吸附過程開始再生過程時，另一個吸附床就結(jié)束再生過程開始吸附過程，每個吸附床依次完成吸附-再生循環(huán)，這樣就可以保證原料氣不斷輸入，產(chǎn)品氣不斷輸出，整個吸附過程才是連續(xù)的。變壓吸附循環(huán)過程依據(jù)吸附劑采用的降壓解吸再生方法的不同可以分為：常壓解吸和真空解吸兩種工藝流程，兩種流程的基本操作步驟如圖10所示。 常壓解吸 常壓解吸即通常所說的沖洗流程，如圖1

43、0（a）所示，吸附循環(huán)過程由以下五個基本步驟組成：、升壓過程（A-B）經(jīng)過再生后的吸附床處于過程的最低壓力P1，床層內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留圖10 變壓吸附的基本過程示意圖量為Q1（A點(diǎn)），在此條件下讓其它吸附床的出口經(jīng)過吸附后的產(chǎn)品氣進(jìn)入該吸附床，使吸附床壓力上升至吸附壓力P3，此過程中吸附床內(nèi)雜質(zhì)的吸留量Q1不變（B點(diǎn)）。、吸附過程（B-C） 在恒定的吸附壓力P3下，原料氣不斷進(jìn)入吸附床，同時輸出產(chǎn)品組分，吸附床內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐漸增大，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的吸留量Q3（C點(diǎn)）時，停止進(jìn)入原料氣，吸附終止，此時吸附床上部仍留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑。、順放過程（C-D） 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低

44、吸附床壓力，流出的氣體仍然是產(chǎn)品組分，這部分氣體用于其它吸附床的升壓或沖洗。在此過程中，隨著吸附床內(nèi)壓力的不斷降低，吸附劑上的雜質(zhì)不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被吸附床上部未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，當(dāng)吸附床壓力降低至P2（D點(diǎn)）時，吸附床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用。此過程中雜質(zhì)并未離開吸附床，所以吸附床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變。、逆放過程（D-E） 逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低吸附床的壓力，直到變壓吸附循環(huán)過程中的最低壓力P1（E點(diǎn)，通常接近于大氣壓），吸附床內(nèi)大部吸留的雜質(zhì)組分隨氣流排出吸附床外，吸附床內(nèi)雜質(zhì)吸留量降低至Q2。、沖洗過程(E-A)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附床內(nèi)仍有一

45、定的雜質(zhì)組分吸留量Q2，為了使這部分雜質(zhì)組分盡可能解吸，需要將吸附床內(nèi)雜質(zhì)組分的分壓進(jìn)一步降低。利用其它吸附床順放（或者產(chǎn)品氣）在過程最低壓力P1下對吸附床進(jìn)行逆向沖洗，不斷降低吸附床內(nèi)雜質(zhì)組分的分壓，使雜質(zhì)組分不斷解吸隨沖洗氣帶出吸附床，經(jīng)過一段時間沖洗后，吸附床內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量降低至過程中的最低量Q1，吸附床的再生結(jié)束。經(jīng)過以上五個基本步驟后，吸附床完成了一個吸附-解吸(再生)過程，準(zhǔn)備再次升壓進(jìn)行下一個循環(huán)。 真空解吸真空解吸即通常所說的真空變壓吸附（Vacuum Pressure Swing Adsorption）流程，如圖10（b）所示，吸附循環(huán)過程由以下五個基本操作步驟組成：、升

46、壓過程（A-B）經(jīng)過再生后的吸附床處于過程的最低壓力P0，床層內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量為Q1（A點(diǎn)），在此條件下讓其它吸附床的出口經(jīng)過吸附后的產(chǎn)品氣進(jìn)入該吸附床，使吸附床壓力上升至吸附壓力P1，此過程中吸附床內(nèi)雜質(zhì)的吸留量Q1不變（B點(diǎn)）。、吸附過程（B-C） 在恒定的吸附壓力P1下，原料氣不斷進(jìn)入吸附床，同時輸出產(chǎn)品組分，吸附床內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐漸增大，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的吸留量Q3（C點(diǎn)）時，停止進(jìn)入原料氣，吸附終止，此時吸附床上部仍留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑。、順放過程（C-D） 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低吸附床壓力，流出的氣體仍然是產(chǎn)品組分，這部分氣體用于其它吸附床的升壓或沖洗。在此過程中

47、，隨著吸附床內(nèi)壓力的不斷降低，吸附劑上的雜質(zhì)不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被吸附床上部未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，當(dāng)吸附床壓力降低至P2（D點(diǎn)）時，吸附床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，此過程中雜質(zhì)并未離開吸附床，所以吸附床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變。、逆放過程（D-E） 逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低吸附床的壓力，直至吸附床內(nèi)壓力降低直P1（E點(diǎn)，通常接近于大氣壓），吸附床內(nèi)大部吸留的雜質(zhì)組分隨氣流排出吸附床外，雜質(zhì)吸留量降低至Q2。、抽真空過程(E-A)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附床內(nèi)仍有一定的雜質(zhì)組分吸留量Q2，為了使這部分雜質(zhì)組分盡可能解吸，需要將吸附床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低。利用真空泵抽吸的

48、方法降低吸附床內(nèi)壓力，從而降低雜質(zhì)組分的分壓，使其充分解吸，解吸的雜質(zhì)組分隨抽空氣流出吸附床。經(jīng)過一段時間抽空后，吸附床內(nèi)壓力降低至循環(huán)過程的最低點(diǎn)P0，雜質(zhì)組分的吸留量降低至過程中的最低量Q1，吸附床的再生結(jié)束。經(jīng)過以上五個基本步驟后，吸附床完成了一個吸附-解吸(再生)過程，準(zhǔn)備再次升壓進(jìn)行下一個循環(huán)。（3）變壓吸附氣體分離裝置的分類 變壓吸附氣體分離裝置的操作方式大致分類如下：平衡分離型是按氣體在吸附劑上的平衡吸附性能進(jìn)行選擇性吸附的原理來分離氣體混合物的。在平衡分離型中，等壓型的吸附操作是在等壓下進(jìn)行的，吸附床在操作壓力下壓力損失小，目前工業(yè)應(yīng)用的變壓吸附裝置多為此類型，使用的吸附劑直徑

49、為14mm。非等壓型的快速變壓吸附是依靠系統(tǒng)流體阻力的適當(dāng)分配來實(shí)現(xiàn)的，吸附操作要保證吸附床內(nèi)有一定的壓力梯度，吸附劑的粒度小，為4060目，壓力損失較大，其裝置特別簡單，通常只有一個吸附床，由于快速周期循環(huán)，單位吸附劑的生產(chǎn)能力高，但達(dá)不到高純度產(chǎn)品，相同產(chǎn)品純度下回收率低，只適用于小規(guī)模的生產(chǎn)裝置，目前工業(yè)應(yīng)用較少。速度分離型是根據(jù)吸附劑對各組分的吸附速度差異（即依靠不同氣體組分分子在吸附劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散速度的差異）來實(shí)現(xiàn)氣體混合物分離的，必須在很短的時間內(nèi)完成吸附過程。（4）變壓吸附工藝的技術(shù)關(guān)鍵吸附劑的選擇 、良好的吸附性能，同時要兼顧吸附與解吸之間的矛盾 吸附劑對各種氣體組分的吸附性能

50、是通過實(shí)驗(yàn)測定靜態(tài)下的等溫吸附線和動態(tài)下的流出曲線來評價的，吸附劑的良好吸附性能是吸附分離過程的基本條件。在變壓吸附過程中吸附劑的選擇還要考慮吸附與解吸之間的矛盾。一般來說，越易吸附的組分就越難以解吸，反之越難吸附的組分越易于解吸。因此對于強(qiáng)吸附質(zhì)要用對其吸附能力較弱的吸附劑，以使吸附容量適當(dāng)，又利于解吸；對于弱吸附質(zhì)就需選用吸附能力較強(qiáng)的吸附劑。、組分之間的分離系數(shù)要盡可能大某氣體組分在吸附床內(nèi)的總量有兩部分，一部分在死空間內(nèi)，另一部分被吸附劑吸附，其總和稱為某氣體組分在吸附床內(nèi)的吸留量。所謂分離系數(shù)是指弱吸附組分和強(qiáng)吸附組分各自在死空間內(nèi)所含的量占床內(nèi)吸留量的比例之比。即在變壓吸附過程中被

51、分離的兩種組分的分離系數(shù)不應(yīng)低于2。、吸附劑要有足夠的強(qiáng)度變壓吸附裝置的吸附床在運(yùn)行過程中床內(nèi)壓力是周期性變化的，而且氣體在短時間內(nèi)進(jìn)入或排出吸附床，吸附劑要經(jīng)受氣流的頻繁沖刷，所以要求吸附劑有足夠的強(qiáng)度，以減少破碎和損壞。對于分離組成復(fù)雜、種類較多的氣體混合物，常需要選擇多種吸附劑，這些吸附劑按吸附性能依次分層裝填在同一吸附床內(nèi)組成復(fù)合床，也可根據(jù)具體情況分別裝填在幾個吸附床內(nèi)。程控閥門變壓吸附工藝實(shí)際上是通過裝置中數(shù)十個（甚至數(shù)百個）程控閥門的頻繁開和關(guān)，不斷切換吸附床的吸附和再生狀態(tài)的各個步驟來實(shí)現(xiàn)的，這些程控閥門每年要開關(guān)幾萬次至幾十萬次。據(jù)統(tǒng)計變壓吸附裝置故障中90都出在閥門上，因此

52、高質(zhì)量的程控閥是裝置長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠保證，程控閥的操作指標(biāo)和要求均比一般閥門要高，除了有良好的密封性能、快速啟閉速度和調(diào)節(jié)能力外，還必須在頻繁動作下能長期可靠運(yùn)行，主要有以下特點(diǎn)：、使用壽命長； 、啟閉速度快，隨閥門的通徑不同，啟閉時間應(yīng)小于13s；、部分閥門要求有雙向流通特性；、部分閥門除了要求有上述啟閉性能外，還要求具有調(diào)節(jié)性能；、閥門內(nèi)外密封要求在動作50萬次以上仍能保證密封性能，有些特殊要求的程控閥更要求啟閉10萬次以上無泄漏；、具有閥位狀態(tài)現(xiàn)場指示和遠(yuǎn)程傳送信號，其動作壽命于程控閥相當(dāng)；、有調(diào)節(jié)功能的程控閥門配備電氣閥門定位器，使用壽命與閥門同步；、根據(jù)閥門使用的場合，有些閥門需要

53、符合相關(guān)的防爆標(biāo)準(zhǔn)；目前開發(fā)適用于變壓吸附工藝的閥門有自補(bǔ)償沖刷氣動平板閥、邏輯導(dǎo)向閥、波紋閥、真空蝶閥、組合閥等七大類幾十個品種。 吸附器由于變壓吸附裝置的吸附器在其使用期內(nèi)要承受數(shù)十萬次全幅度交變壓力的頻繁變化，屬于疲勞壓力容器。吸附器內(nèi)的氣流分布器結(jié)構(gòu)有特殊的要求，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，就會造成氣流分布不均勻，容易產(chǎn)生返混現(xiàn)象，吸附劑的利用率不充分，直接影響到吸附效率，甚至導(dǎo)致吸附劑粉化而失效，尤其對于大直徑的吸附器，氣流分布器的設(shè)計尤為重要。隨著吸附塔設(shè)計和制造技術(shù)的發(fā)展，目前國外最大的吸附塔直徑已可以達(dá)到5m以上，國內(nèi)設(shè)計建設(shè)的最大吸附塔也已達(dá)到4.8m直徑，并已很好地解決了大塔的氣體分布問題，具有了超大直徑吸附塔的設(shè)計和制造經(jīng)驗(yàn)。 控制系統(tǒng)變壓吸附裝置的特點(diǎn)是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、程控閥切換頻繁、控制調(diào)節(jié)閥多、順序控制量大，因此自動化程度要求高。目前國內(nèi)開發(fā)的變壓吸附裝置基本上是采用可編程控制器(PLC)或集散控制系統(tǒng)(DCS)控制，可實(shí)現(xiàn)完善直觀的工藝流程監(jiān)控與動態(tài)顯示，PID回