氢气变压吸附原理

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变压吸附气体分离技术

目 录

第一节 气体吸附分离的基础知识 ............................................... 2

一、吸附的定义 ........................................................... 2 二、吸附剂 ............................................................... 3 三、吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学基础 ............................... 6 四、吸附过程中的物质传递 ................................................ 10 五、固定床吸附流出曲线 .................................................. 12 第二节 变压吸附的工作原理 ................................................ 14

一、吸附剂的再生方法 ........................

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变压吸附气体分离技术

目 录

第一节 气体吸附分离的基础知识 ............................................... 2

一、吸附的定义 ........................................................... 2 二、吸附剂 ............................................................... 3 三、吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学基础 ............................... 6 四、吸附过程中的物质传递 ................................................ 10 五、固定床吸附流出曲线 .................................................. 12 第二节 变压吸附的工作原理 ................................................ 14

一、吸附剂的再生方法 ........................

变压吸附气体分离技术的应用和发展

摘要：变压吸附气体分离技术在工业上得到了广泛应用，已逐步成为一种主要的气体分离技术。它具有能耗低、投资小、流程简单、操作方便、可靠性高、自动化程度高及环境效益好等特点。简单介绍了变压吸附分离技术的特点，重点介绍了近年来变压吸附技术各方面的进步和变压吸附技术目前所达到的水平(工艺流程、气源、产品回收率、吸附剂、程控阀、自动控制等方面)，并对变压吸附技术未来的发展趋势进行了预测。

l 前 言

变压吸附 (Pressure Swing Adsorption，PSA)的基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。该技术于l962年实现工业规模的制氢。进入70年代后，变压吸附技术获得了迅速的发展，装置数量剧增，规模不断增大，使用范围越来越广，工艺不断完善，成本不断下降，逐渐成为一种主要的、高效节能的气体分离技术。

变压吸附技术在我国的工业应用也有十几年历史。我国第一套PSA工业装置是西南化工研究设计院设计的，于l982年建于上海吴淞化肥厂，用于从合成氨弛放气中回收氢气。目前，该院已推广各种PSA工业装

变压吸附气体分离技术的应用和发展

摘要：变压吸附气体分离技术在工业上得到了广泛应用，已逐步成为一种主要的气体分离技术。它具有能耗低、投资小、流程简单、操作方便、可靠性高、自动化程度高及环境效益好等特点。简单介绍了变压吸附分离技术的特点，重点介绍了近年来变压吸附技术各方面的进步和变压吸附技术目前所达到的水平(工艺流程、气源、产品回收率、吸附剂、程控阀、自动控制等方面)，并对变压吸附技术未来的发展趋势进行了预测。

l 前 言

变压吸附 (Pressure Swing Adsorption，PSA)的基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。该技术于l962年实现工业规模的制氢。进入70年代后，变压吸附技术获得了迅速的发展，装置数量剧增，规模不断增大，使用范围越来越广，工艺不断完善，成本不断下降，逐渐成为一种主要的、高效节能的气体分离技术。

变压吸附技术在我国的工业应用也有十几年历史。我国第一套PSA工业装置是西南化工研究设计院设计的，于l982年建于上海吴淞化肥厂，用于从合成氨弛放气中回收氢气。目前，该院已推广各种PSA工业装

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

维普资讯

2 0 0 2年第 3期

酒

钢科

技

7

利用变压吸附技术以焦炉煤气为原料提供不锈钢冷轧薄板退火用氢气宏远咨询公司傅兵

量 1 1 . 6万吨，需要全氢保护气体；此外，还

1 概

述

建有光亮退火机组一条，用于光亮板的光亮退火，年处理量为 5 . 4 2万吨，需要纯氢气氛保护。氢气耗量平均 3 0 0 m V h.最大耗量为 5 0 0 m3/ h .工作压力 O . 3~O . 7 MP a。武

《调整酒钢产品结构增加不锈钢品种

项目》已经列为酒钢十五发展计划，各项准备工作已经全面展开。根据武汉钢铁设计研究院提出的项目建议书，最终合格不锈钢薄板 5 3万吨/年 .其中冷轧不锈钢板卷 3 5万吨，年，热轧不锈钢退火酸洗板卷

汉院的项目建议书提出建设 4 0 0 m V h P S A 制氢装置 1套，原料是焦炉煤气。 据说也有采用水电解制氢或用硫铵分解制氢方案，笔者认为还是采用项目建

(白卷 ) 1 8万吨/年。系统将于 2 0 0 6年 6月建成投产。 在冷轧薄板车间建有罩式退火炉一

议书提出的 P S A制氢方案。P S A制氢就是变压吸附制氢 . P S A是英文 P r e s s u r e S w i n g

A d s o r p t i o

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7

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量 1 1 . 6万吨，需要全氢保护气体；此外，还

1 概

述

建有光亮退火机组一条，用于光亮板的光亮退火，年处理量为 5 . 4 2万吨，需要纯氢气氛保护。氢气耗量平均 3 0 0 m V h.最大耗量为 5 0 0 m3/ h .工作压力 O . 3~O . 7 MP a。武

《调整酒钢产品结构增加不锈钢品种

项目》已经列为酒钢十五发展计划，各项准备工作已经全面展开。根据武汉钢铁设计研究院提出的项目建议书，最终合格不锈钢薄板 5 3万吨/年 .其中冷轧不锈钢板卷 3 5万吨，年，热轧不锈钢退火酸洗板卷

汉院的项目建议书提出建设 4 0 0 m V h P S A 制氢装置 1套，原料是焦炉煤气。 据说也有采用水电解制氢或用硫铵分解制氢方案，笔者认为还是采用项目建

(白卷 ) 1 8万吨/年。系统将于 2 0 0 6年 6月建成投产。 在冷轧薄板车间建有罩式退火炉一

议书提出的 P S A制氢方案。P S A制氢就是变压吸附制氢 . P S A是英文 P r e s s u r e S w i n g

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合 成 车 间 操 作 规 程

第九部分 变压吸附脱碳操作法

第一章 概述 第一节 岗位责任制 一、接班

1. 提前半小时到达岗位，了解生产情况及存在问题，并进行巡回检查； 2. 参加班前会，听取交班班长的生产汇报及本班班长的工作安排、

3. 详细进行岗位交接，通过听取介绍，查阅记录报表，进一步了解上班各项工艺指标

执行情况，设备电器、仪表的运行和检修情况，主要运转设备、备车情况，故障发生原因及处理；

4. 双方检查无误后进行会签，接班后一切工作有接班者负责。 二、交班

1. 努力为下班创造良好的生产条件，保持现场和设备清洁，一般情况下，交班前三十

分钟不准任意改变工艺操作条件；

2. 在现场详细的向接班者介绍生产负荷变动情况，存在问题及注意事项； 3. 交班期间生产有交班者负责，如接班者未到，应继续值班并汇报班长；

4. 在事故不正常情况下，应主动推迟交班，并积极组织人员进行处理，待恢复正常后

再进行交班或接班清楚，双方同意后，可以交班。

5. 交接班完毕双方签字后，交班者去参加班会后，一切由接班者负责。 第二节 安全生产基本注意事项

1. 操作人员必须按照操作手册规程操作，凡新来人员必须进行安全教育和操作方法学

习，实际操作时，未经技术

第一章 总述

一、制氮机原理简介

变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。变压吸附（PSA）制氮机是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。本厂生产的PSA空分制氮设备广泛运用于石油化工、电炉炼钢、玻璃生产、造纸等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。

三、制氮工作原理：

1、变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内

部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂.其孔型分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2。

变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔

第一章 总述

一、制氮机原理简介

变压吸附法（简称PSA）是一种新的气体分离技术，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开。变压吸附（PSA）制氮机是一种新型高科技设备,它具有设备成本低，体积小、重量轻、操作简单、维护方便、运行费用小、现场制氮快捷、开关方便、无污染等优点,。本厂生产的PSA空分制氮设备广泛运用于石油化工、电炉炼钢、玻璃生产、造纸等行业和领域，设备运行稳定，安全可靠，深受广大用户的青睐。

三、制氮工作原理：

1、变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。碳分子筛是一种经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内

部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂.其孔型分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子扩散速率较慢。压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。最终从吸附塔富集出来的是N2。

变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔