变压吸附技术与工艺

变压吸附技术与工艺

一、变压吸附技术的概念

变压吸附（PSA）技术是近30 多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的专利文献。60年代初，美国联合碳化物公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化。由于变压吸附技术投资少、运行费用低、产品纯度高、操作简单、灵活、环境污染小、原料气源适应范围宽，因此，进入70年代后，这项技术被广泛应用于石油化工、冶金、轻工及环保等领域。

吸附的定义：当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面原子剩余引力的作用，气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上，这些分子在固体表面上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体表面上的吸附。相反，固体表面上被吸附的分子返回气体相的过程称为解吸或脱附。

被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸附层，称为吸附相。吸附相的密度比一般气体的密度大得多，有可能接近液体密度。当气体是混合物时，由于固体表面对不同气体分子的引力差异，使吸附相的

组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。

吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。伴随吸附过程所释放的热量叫吸附热，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。气体混合物的吸附热是吸附质的冷凝热和润湿热之和。不同的吸附剂对各种气体分子的吸附热均不相同。

按吸附质与吸附剂之间引力场的性质，吸附可分为化学吸附和物理吸附。

化学吸附：即吸附过程伴随有化学反应的吸附。在化学吸附中，吸附质分子和吸附剂表面将发生反应生成表面络合物，其吸附热接近化学反应热。化学吸附需要一定的活化能才能进行。通常条件下，化学吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯气，沸石吸附乙烯都是化学吸附。

物理吸附：也称范德华（van der Waais） 吸附，它是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力所引起的，此力也叫作范德华力。由于固体表面的分子与其内部分子不同，存在剩余的表面自由力场，当气体分子碰到固体表面时，其中一部分就被吸附，并释放出吸附热。在被吸附的分子中，只有当其热运动的动能足以克服吸附剂引力场的位能时才能重新回到气相，所以在与气体接触的固体表面上总是保留着许多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附，其吸附热较低，接近吸附质的汽化热或冷凝热，吸附和解吸速度也都较快。被吸附气体也较容易地从固体表面解吸出来，所以物理吸附是可逆

的。分离气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反应发生。本工艺为物理吸附。

二、变压吸附技术

1.PSA气体提纯技术特点

与深冷、膜分离、化学吸收等气体分离与提纯技术相比，变压吸附技术之所以能得到如此迅速的发展是与其具有的下列特点分不开的。

⑴ 产品纯度高：对于绝大多数气源，变压吸附几乎可除去其

中的所有杂质，得到纯度大达90-99.999%的产品。

⑵ 工艺流程短：对于含有多种杂质的气体，在大多数情况下

变压吸附都可以一步将各种杂质脱除而获得所需产品。

⑶ 原料气适应性强：对于杂质包括H2O、N2、O2、CO、CO2、

烃类、硫化物、氮氧化物等多种组分的复杂气源，均可利用变压吸附予以提纯。

⑷ 操作弹性大：变压吸附氢提纯装置的操作弹性一般可达30～120%

⑸ 产品纯度易调节：只需调整运行参数，变压吸附氢提纯装

置即可得到各种不同纯度的产品以用于

不同的目的。

⑹ 操作简便：变压吸附装置的设备简单、运转设备少，且全

部是自动化操作，开停车一般只需0.5～2小时。

⑺ 能耗低、运行费用小：变压吸附装置一般都在常温和中、

低压力下进行，且正常操作下吸附

氦气 剂可与装置同寿命。 ☆ 弱 氢气 ☆ 氩气 ☆☆ 2.各气体组分在吸附剂上的吸附力减弱排列顺序示意 氧气 ☆☆ 氮气 ☆☆☆ 甲烷 ☆☆☆☆☆ 一氧化碳 ☆☆☆☆☆ 二氧化碳 ☆☆☆☆☆☆ 乙烷 ☆☆☆☆☆☆ 乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆ 丙烷 ☆☆☆☆☆☆☆ 异丁烷 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 丙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫化氢 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 硫醇 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 甲苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 乙基苯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 苯乙烯 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 水 ☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ 强

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