第一篇：關(guān)于變壓吸附CO2氣體的研究

關(guān)于變壓吸附CO2氣體的研究

Zan Liu and William H.Green* 化學(xué)工程學(xué)系，麻省理工學(xué)院，77馬薩諸塞大道，66-352室，坎布里奇，馬薩諸塞州，美國

摘要：使用初濕含浸法制備了一種含有氧化鎂的用于溫室氣體CO2的新型吸附劑。使用特制的高壓微量天平系統(tǒng)和熱重分析儀得到了可逆吸附等溫線,循環(huán)穩(wěn)定,吸附速率。實驗數(shù)據(jù)表明在180?240°C的溫度范圍至少84個吸附周期內(nèi),該吸附劑具有相當(dāng)大的可再生的吸附容量，較低的吸附熱和穩(wěn)定的工作能力。在此溫度范圍內(nèi)新型吸附劑的性能優(yōu)于合成水滑石和K2CO3改性水滑石。因此該吸附劑在吸附CO2方面有很好的應(yīng)用前景。

1.引言：

CO2 氣體過量排放引起全球氣候變暖的觀點已經(jīng)被越來越多的人接受1。在所有的能源中，化石燃料產(chǎn)生的CO2 排放量是最大的2。與此同時，煤是最廉價易得的燃料3。因此，在可預(yù)見的未來，煤依然是主要的能源，在發(fā)展中國家更是如此。面對這種困境，新技術(shù)應(yīng)該有更高的能源利用率和更少的CO2 排放量。目前，伴有碳捕獲分離的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標(biāo)最可行的方法4。

幾種可用的都基于一個相同的前提。煤在高溫高壓下與蒸汽和空氣分離單元提供的氧一起氣化5。產(chǎn)生的氣體在一個氣液反應(yīng)器中變?yōu)镠2/CO2 混合氣體?；旌蠚怏w隨后冷卻，脫除硫，懸浮粒子和CO2，然后再一個氣體渦輪發(fā)動機中燃燒完成能量轉(zhuǎn)換，廢氣中的一部分熱能被一個熱能再利用系統(tǒng)用于驅(qū)動一個蒸汽渦輪，產(chǎn)生額外的能量。與傳統(tǒng)的煤粉加工相比，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有兩個重要的特征6。首先，因為聯(lián)合循環(huán)，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)可以得到跟高的能量效率。其次，反應(yīng)器中的氣流有更高的壓力，有利于硫，汞，氮氧化合物，微粒物質(zhì)和CO2，使得尾氣處理跟便宜。

目前，最先進(jìn)的CO2 捕獲過程包括用物理或化學(xué)溶劑洗滌氣流，比如單乙醇胺，低溫甲醇洗，賽列克索法。這些吸收過程都要走溫度較低的環(huán)境下進(jìn)行。所以來自液氣轉(zhuǎn)換器的氣流必須充分冷卻，產(chǎn)生大量的能耗6,7。

與傳統(tǒng)CO2補集方法相比，新技術(shù)消耗更少的能量，產(chǎn)生更少的操作費用，因而更有前景。先前的研究8,9已經(jīng)對H2 滲透膜10,11，CO2 滲透膜12，變壓吸附13等高溫度下的CO2 分離過程，尋找提高吸附效率的方法。而我們最近的研究14對之前的工作進(jìn)行了擴(kuò)展，比較了用于伴有碳捕獲分離的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)模型。結(jié)構(gòu)表面，對于溫度較高的氣體（200—300 ℃），變壓吸附比其他方法更有效。

廣泛用于石油和化工行業(yè)的變壓吸附15，有很多顯著的優(yōu)勢，比如較低的能量要求，較低的費用，易于使用。盡管有這些優(yōu)勢，只有少量與200—300 ℃下可再生吸附CO2 的文章發(fā)表。為了在要求的溫度范圍內(nèi)適用，吸附劑需要維持可再生能力，較快的吸附速度，較低的吸附熱。已經(jīng)工業(yè)化的吸附劑例如活性炭，沸石和氧化鋁等在高于150 ℃便喪失了他們對CO2的吸附能力。超級活性炭16在220 ℃還具有對CO2 的吸附能力，但它對CO2/N2 的選擇性很低。我們同樣對通過摻雜陽離子獲得的堿性沸石17,18進(jìn)行了測試，他對極性氣體比如SO2 和水蒸氣的吸附性能較差。

圖1 高壓微平衡圖

文獻(xiàn)還研究了一些無機材料在較高溫度條件下對碳的捕集能力，比如氧化鈣19,20，鋯酸鋰21，硅酸鋰22,23，鈉基吸附劑24，滑石類復(fù)合材料25,26，雙鹽吸附劑27等。氧化鈣在700℃下仍能保持較高的吸附容量，但卻有著糟糕的再生能力，較低的吸附速率，和極高的熱量要求。鋰基材料在450—550℃仍然能夠捕集CO2，但是他們的吸附速率也較低。鈉基材料在200—400℃范圍內(nèi)展現(xiàn)了良好的吸附性能，但該材料在700℃下才能再生，所以并不適合變壓吸附。兩性鹽吸附劑在高溫下有較高的吸附容量，但再生很困難28。在這些無機材料中，HTls是最有前景的CO2 捕集劑，有大量關(guān)于這方面的研究。然而，HTls的工作溫度沒無法滿足我們的要求29,30。最近，美國國家能源科技實驗室研究了一種氫氧化鎂基吸附劑31，該吸附劑在200—300℃有較大的吸附容積，可以在375℃再生。然而，通過熱處理進(jìn)行再生依然無法滿足我們的需求。此外，該吸附劑的穿透曲線顯示其吸附速率較低，這可能與該吸附劑較低的比表面積有關(guān)。

我們的目標(biāo)是找到一種在較高溫度下仍然有很好再生能力，較低吸附熱，較高吸附速率的吸附劑。該吸附劑在最初的潤濕浸漬后，表現(xiàn)出了較高的比表面積和適宜的孔徑分布，有利于CO2的迅速吸附。我們實驗室構(gòu)建了一個高壓微平衡系統(tǒng)去表針吸附劑的性能。通過對其吸附容積，循環(huán)再生能力，吸附速率的細(xì)致研究，并與HTls做比較，我們證明該吸附劑在變壓吸附溫度較高的CO2方面很有前景。

2.實驗部分

2.1吸附劑的合成

吸附劑通過潤濕浸漬法制得，該方法被廣泛用于制備多相催化劑。為了獲得最佳性能，不同的鎂前驅(qū)體（硝酸鹽，檸檬酸鹽，草酸鹽，醋酸鹽）被測試和比較。硝酸鹽最終被選為前驅(qū)體。對幾個關(guān)鍵的制備條件，比如前驅(qū)體濃度，支撐材料，煅燒溫度，煅燒時間我們同樣進(jìn)行了研究，已獲得最佳制備過程。最終的浸漬過程如下：活性炭在80℃下干燥一夜。接著，與室溫下逐滴加入3.8M的Mg(NO3)2實現(xiàn)MgO的負(fù)載。將所制得的材料在敞開體系中干燥12h，然后在爐子中與100℃加熱12h。該材料最后與馬沸爐中在500℃下在純氮氣煅燒3h。

2.2 產(chǎn)物的表征

由鎂前驅(qū)體制備的吸附劑通過一個熱重分析儀進(jìn)行熱重分析。風(fēng)干后的材料置于熱重分析系統(tǒng)的鉑片上。以4℃/min的速率在N2氛圍下由25升溫到750℃，N2通氣速率為90sccm。我們使用一臺 JEOL JSM 6060掃描電子顯微鏡研究其表面形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)。

吸附劑的表面積和孔徑分布在77K用一臺粉體 ASAP 2020 儀器通過N2吸附解吸附等溫線表征。煅燒后的材料首先在200℃真空脫氣。然后轉(zhuǎn)移到液氮內(nèi)進(jìn)行吸附解吸附分析。

我們使用BET模型計算其表面積和平均孔徑?？讖椒植己涂兹菰?70到300nm,通過BJH模型得到。2.3 CO2吸附

吸附劑的吸附容積和循環(huán)穩(wěn)定性通過一個高壓微平衡和熱重分析儀測量。測量方法如下：10-20mg吸附劑置于鉑樣品盤。使用一個定制的加熱器加熱到實驗所需溫度，保持溫度穩(wěn)定在±0.2℃。首先，以100sccm的速率通入純氦氣。當(dāng)熱重信號穩(wěn)定后，記下初始質(zhì)量m1。然后，以300sccm的速率通入純CO2至左測試箱，右測試箱仍然通入純He。反應(yīng)箱的壓力通過一個反壓力控制器控制。當(dāng)達(dá)到所需壓力后，稱重記為m2。質(zhì)量變化記為Δmmeasured。需要注意的是這里的質(zhì)量變化不是實際的吸附量，還需要進(jìn)行修正，我們在2.4部分討論。

等溫線用我們之前提到的方法測量，即隨著CO2的壓力由3atm上升到16atm，記錄質(zhì)量的變化。

吸附能力有兩個不同的形式：可再生吸附和不可再生吸附。為了區(qū)分這兩種不同的形式，我們使用了如下的方法：首先在一個特定溫度下測量出包括可再生吸附和不可再生吸附的總等溫線。然后，將整個反應(yīng)器在真空下與同樣溫度保持24h.再次測量等溫線。第二次測量得到為可再生吸附的等溫線。用總的吸附等溫線減去可再生等溫線得到不可再生等溫線。

為了測量吸附再生的循環(huán)穩(wěn)定性，定量的吸附劑置于測試器的鉑碟上，于200℃、13atm持續(xù)吸附CO230min。保持溫度不變，循環(huán)吸附再生84次。

吸附容量同樣通過熱重分析測量。一個10-20mg的樣品被置于鉑碟上。在N2氣氛下，用內(nèi)置加熱器加熱到所需溫度。當(dāng)溫度壓力穩(wěn)定后，一個內(nèi)置的自動控制開關(guān)將N2換為CO2。CO2的壓力始終保持在1atm.2.4 浮力校正

正如我們在先前的部分所提到，由于不可忽視的浮力的影響Δmmeasured并不是實際吸附量。為了獲得實際的吸附量，我們還需獲得如下兩個量：

第二個參數(shù)，Δmbuoyancy-pan是浮力對于高壓下樣品盤和平衡盤的不平衡的貢獻(xiàn)。為了修正這個效應(yīng),我們做了一個控制實驗，即如上一小節(jié)所述,使用沒有吸附劑的空樣品盤進(jìn)行重復(fù)試驗。得到了在不同壓力的一系列的重量校正數(shù)據(jù)。

第三參數(shù),Δmbuoyancy-sample,來自樣品的浮力的貢獻(xiàn),可以ρCO2 Vexcluded計算。排除體積,Vexcluded,從由吸附劑的真實密度計算。真實密度的測量在2.5節(jié)描述。

2.5 吸附劑的氦氣密度

吸著劑的氦密度通過高壓微量天平測量，圖1所示。最初,一個空盤放置在反應(yīng)室。氦氣被引入整個反應(yīng)室,溫度維持在200°C。在壓力2、14,和24 atm的重量記錄為數(shù)據(jù)M1。然后,排空反應(yīng)室，給定干吸著劑被加載到盤內(nèi)。在同樣的壓力重復(fù)試驗過程得到數(shù)據(jù)M2。質(zhì)量的變化Δm與壓力和氦氣密度有關(guān)，通過如下方程計算32 結(jié)果與討論

3.1 材料表征

該材料一個典型的熱重曲線如圖2所示。該材料吸附分為三個過程。第一個過程為80到120°C有一個寬峰表明吸附劑水分被脫除。大多數(shù)水分在達(dá)到180°就已經(jīng)被脫除。第二個過程為180到450°C顯示了強烈的吸熱峰這與硝酸鎂分解為氧化鎂相對應(yīng)。第三個過程(> 450°C)沒有顯著峰值, 微小的重量變化可能與碳質(zhì)量減輕有關(guān)。最終選定煅燒溫度為500°C，因為該溫度下不會出現(xiàn)燒結(jié)而硝酸鎂能完全分解。

圖2 吸附劑的熱重分析圖

氦氣密度。真實密度在測量高溫下吸附容積時很有用。其詳細(xì)的測量過程如前所述。最近研究33表明,真實密度取決于測試溫度。我們選擇較高溫度(200°C)確保沒有氦被吸附。

基于等式2和3,吸附劑的氦氣密度的確定為1.25克/厘米3 ,略小于活性炭報道值(1.5?2.2 g / 厘米3)。這可能是由于毛孔滲后關(guān)閉,這使得某些內(nèi)部毛孔不能氦氣接觸,從而導(dǎo)致較小的真密度。另一點值得注意的是,氦分子比試驗氣體

二氧化碳小。一些孔氦分子能進(jìn)入而二氧化碳分子無法進(jìn)入,從而導(dǎo)致對排除體積的低估。這將導(dǎo)致對吸著劑容量的估計略顯保守。

BET測試：材料的表面積和孔容通過77K下吸附劑及其支撐材料的氮氣吸附解吸附等溫線得到。兩種材料都表現(xiàn)出典型的IV等溫線34，這種類型的等溫線在介孔的工業(yè)吸附劑中是非常常見的。

滯回線的分析表明,樣本進(jìn)行初期的濕潤后,高相對壓力并沒有對吸附造成限制,這是H3特征滯回線,對應(yīng)層狀的粒子聚集形成狹縫形狀的孔34。一般來說,通過BET測量得到多孔結(jié)構(gòu)模型,在浸漬和后續(xù)熱處理仍然能夠維持，盡管會出現(xiàn)表面積的減小。

吸附劑和支撐材料的形態(tài)學(xué)特征見表1。正如我們所預(yù)料的，樣品的熱處理減小了他們的比表面積和介孔容積。然而，平均孔徑并沒有明顯的改變。這確?？紫洞笮〔粫拗齐S后對二氧化碳吸附的研究。3.2吸附等溫線

圖3 吸附劑和支撐材料在77K的N2吸附解吸附試驗

圖3 吸附劑和支撐材料的孔徑分布

首先獲得包含可逆吸附和不可逆吸附的總的等溫線，然后將樣品轉(zhuǎn)移到真空中，再次測量得到CO2的可逆吸附等溫線。不可逆吸附由不同壓力下的總吸附量與可逆吸附量 的差值得到。不同溫度下的可逆吸附和不可逆吸附能力如表2所示。

表1 吸附劑和支撐材料的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)

表2 在不同的溫度和壓力的吸附能力

考慮到溫度的影響，很明顯隨著溫度的上升吸附能力下降，因為高溫使吸附平衡發(fā)生了變化?？赡嫖侥芰εcCO2壓力有很大關(guān)系，這種趨勢可以被一個經(jīng)驗等溫線模型反映。不可逆吸附在低壓下仍然有較大的值，壓力的減小也不能減小不可逆吸附。不可逆吸附在低壓下甚至達(dá)到了飽和，表明不可逆吸附是由很強的化學(xué)反應(yīng)引起的，這與可逆吸附的反應(yīng)模型有很大差異。

最近關(guān)于氧化鎂的研究35試著用不同的吸附模型來研究不可逆吸附。該研究利用熱重分析和FTIR，表明當(dāng)吸附劑被暴露于CO2中時氧化物表面會形成出不同的表面類型。碳酸氫鹽通過表面氫鍵官能團(tuán)和CO2之間的反應(yīng)形成。然而，形成于不同氧原子表面的碳酸鹽表現(xiàn)出了不同的協(xié)調(diào)度，出現(xiàn)了單齒，二齒，螯合橋接碳酸鹽。

Leon等人的FTIR研究表明橋接雙齒碳酸鹽在50℃消失了，螯合雙齒碳酸鹽和碳酸氫鹽在100到200℃消失了。然而，一部分單齒碳酸鹽在400℃仍能存在。這表明最強的點符合單齒模型，主要是不可逆吸附。然而，該模型對主要由較弱的點控制的不可逆吸附是不適用的。

只有可逆吸附對表壓吸附性能有幫助。在高壓力微平衡下測得四個溫度的可逆吸附等溫線，并對其浮力影響的校正。隨溫度而變的吸附經(jīng)驗?zāi)Ｐ?/p>

一個典型的等溫線被用來擬合等溫線數(shù)據(jù)，其中a= 5.013310?3mmol/(g2bar),b= 1.7533103K,c= 1.268310?3bar?1, and d= 1.8023103K。如圖5所示，該模型能描述溫度變化的影響。參數(shù)b和參數(shù)d的微小差異，表明沒有相鄰的被吸附分子發(fā)生交聯(lián)作用。

假設(shè)一個氧化鎂晶格捕獲一個CO2分子，吸附劑表明已經(jīng)完全被氧化鎂覆蓋，則最大單層容量大約為5 mmol/g，基于等式

其中，a為氧化鎂的晶格常數(shù)，SBET為吸附劑的表面積，NA為阿伏加德羅氏數(shù)。通過吸附模型（公式4），計算得到最大容積為a/c = 3.95 mmol/g。這兩個值如此接近，表明主要是表面吸附，而不是體積環(huán)境和多層吸附，大多數(shù)但并不是所有的氧化鎂表面可逆吸附做出了貢獻(xiàn)。

在文獻(xiàn)36-38中，吸附熱被嚴(yán)格的推倒

一旦由溫度決定的等溫吸附線確定了，吸附熱可以通過一個與該等式衍生的等溫線模型確定

其中n0i是容積。吸附劑的吸附熱如圖6所示，這與氧化鎂表面的數(shù)據(jù)相一致35。14kJ/mol的值與氫氧化鎂與CO2的反應(yīng)焓(19.6 kJ/mol)31很接近。這與可逆吸附是由表面氫鍵和CO2可逆反應(yīng)35引起的假設(shè)相一致。

圖6 基于公式6計算的吸附熱

3.3 再生性能

正如引言所強調(diào)的,對于一個適用于變壓吸附過程的吸附劑，再生性能是一個關(guān)鍵的屬性。為研究吸附可逆性,在高壓微量天平進(jìn)行一個84周期循環(huán)測試。溫度維持在200°C。吸附過程為壓力為13atm，而解吸附過程為1atm。

我們可以觀察到（圖7）第一個周期的容積是很大的，這是可逆吸附和不可逆吸附共同作用引起的。在經(jīng)歷幾個周期后，容積明顯減小。大約30%的容積無法通過壓力變化實現(xiàn)再生，如同我們在前面的章節(jié)所討論的。吸附劑只能在高溫（450℃)下實現(xiàn)完全再生。

在第一個周期時，吸附劑的容積大約保持在1.4mmol/g。根據(jù)一個對于氧化鎂表面的研究，在200℃的可逆吸附是因為表面螯合雙齒碳酸鹽和碳酸氫鹽的形成，即不可逆吸附是由于單齒碳酸鹽的形成。表面積的減小可能同樣對容積減小有影響。

新吸附劑的容積明顯小于廣泛報道的活性炭和沸石的值。然而，這些吸附劑都用于較低溫度下，而在較低溫度下，多層吸附對高容積貢獻(xiàn)很大。氧化鈣和鋰材料在高溫下有很大的容積，但是在這時候，吸附是由于發(fā)生了本體反應(yīng)。這種吸附模式的缺點是本體反應(yīng)造成極低的吸附速率和固體內(nèi)的物質(zhì)擴(kuò)散。而吸附劑明顯是依靠表面反應(yīng)捕集CO2，可以被視為偽單層吸附。考慮到吸附劑溫和的吸附表面，這個數(shù)據(jù)是合理可信的。3.4 吸附速率

吸附速率是選擇吸附劑的另一個關(guān)鍵因素。為了適用于變壓吸附，吸附劑必須有較高的吸附速率，以降低整個吸附周期的時間。

圖7 吸附劑在200℃的循環(huán)穩(wěn)定性

圖8和圖9表明，新吸附劑只需不到1分鐘就能達(dá)到飽和值。吸附容積隨著溫度的上升逐漸降低，即吸附速率與溫度關(guān)系不大。在較高溫度下，吸附速率可以較快達(dá)到最大值，但不同溫度間沒有明顯變化。

圖8 CO2氣氛下吸附劑在1atm下不同溫度的熱重分析圖

與已經(jīng)工業(yè)化的變壓吸附吸附劑比如活性炭和沸石相比較，新吸附劑的吸附速率還比較低。這是因為那些吸附劑主要工作在較低的溫度條件下，主要靠純的物理交聯(lián)捕集CO2。然而，新吸附劑主要是通過表面化學(xué)反應(yīng)，所以出現(xiàn)相對較低的吸附速率是可以理解的。

圖9 在1atmCO2下吸附劑在不同溫度下的吸附速率 值得注意的是較低的吸附速率是高溫吸附劑普遍存在的缺點，因為其吸附是通過化學(xué)反應(yīng)，表面或內(nèi)部而不是有著較低能量壁壘的弱的物理交聯(lián)。像氧化鈣和鋰基材料捕集CO2是靠的本體反應(yīng)。吸附速率只能通過降低工作溫度和摻雜提高體積相質(zhì)量傳遞來提高。然而，這種吸附模式的缺點是本體反應(yīng)通常會導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的變化。吸附劑需要較高的溫度來再生，這會導(dǎo)致吸附容積的減小。我們的新吸附劑是通過表面反應(yīng)來捕集CO2。正如我們之前提到的表面吸附更溫和，再生容積也跟穩(wěn)定。我們在這里強調(diào)，一個擁有較高表面積和較高表面位點結(jié)合密度基于較弱的放熱表面反應(yīng)的吸附劑是在200-300℃變壓吸附CO2更好的選擇。

3.5 與水滑石化合物的比較

水滑石化合物由帶正電的水鎂石(MgOH-)和水合陰離子組成，最常見的是Mg?Al?CO3,具有堆疊氫氧化鎂[Mg(OH)2] 氫氧化物層一些八面體座 的二價陽離子(Mg2+)被三價陽離子（Al3+)替代。水滑石化合物通常在高壓蒸汽下用K2CO3 去提高其性能。這兩種材料在煅燒后被廣泛用于高溫下39,40(350?500°C)CO2捕集。這里，我們用新吸附劑與這些材料做對比。

通過TGA比較200℃一個大氣壓下可逆性和動力學(xué)表現(xiàn)。如圖10所示，所有材料在第一個周期都表現(xiàn)出較大的容積，但是水滑石化合物在第一個周期后出現(xiàn)了急劇的下降，表明該溫度下主要是不可逆吸附。水滑石化合物的容積在10個周期內(nèi)持續(xù)下降，然而MgO/C吸附劑保持了較大的可再生容積。我們同樣比較了三種吸附劑的吸附速率。如圖11所示，在200℃MgO/C有比水滑石化合物更高的吸附速率。這些比較表明MgO/C更適合作為加熱后的CO2捕集劑。值得注意的是MgO/C只在200℃左右有優(yōu)勢。而在更高的溫度（400℃）下，對比表明水滑石化合物有更大的可再生容積，這也是為什么水滑石化合物被用于較高溫度下捕集CO2的原因。然而對于中溫的CO2捕集，相比水滑石化合物，MgO/C表現(xiàn)出更好點的再生容積和吸附速率。

圖10 200℃，1atm下CO2的循環(huán)性能比較

圖11 200℃，1atm下CO2的吸附速率比較 結(jié)論

用始潤浸漬法制備了一個包含氧化鎂支撐材料的新的CO2變壓吸附劑。新吸附材料在180-240℃展現(xiàn)了很大的再生吸附容積。在200℃高壓力微平衡系統(tǒng)下進(jìn)行了循環(huán)試驗，至少在84個周期內(nèi)吸附劑保持了良好的穩(wěn)定性。此外，在該溫度范圍內(nèi)，新吸附劑新吸附劑有比合成水滑石化合物和K2CO3改性的合成水滑石化合物。這些結(jié)果表明該材料在變壓吸附捕集CO2方面很有前景。

相關(guān)內(nèi)容

支撐材料

包括關(guān)于該吸附劑的SEM圖，在水蒸氣氛CO2吸附性能和高溫下的吸附劑對比。該材料可以免費在網(wǎng)站 http://pubs.acs.org獲得。

作者信息

通信作者

*E-mail: whgreen@mit.edu.致謝

我們特別感謝英國石油公司的財政支持。感謝Prof.Yuriy Roman和Dr.Herui Dou提供了關(guān)鍵的設(shè)備。感謝 Dr.David J.Couling和Dr.Krishna Sharma很有幫助的建議。我們同樣十分感謝 麻省理工學(xué)院納米技術(shù)研究所的 Ms.Amy Tatem在BET測量上給我們的幫助。

參考文獻(xiàn)：

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第二篇：變壓吸附工藝流程

變壓吸附工藝流程

物料在精餾低塔系統(tǒng)處理完畢后，剩余的不凝氣體經(jīng)過預(yù)熱器預(yù)熱進(jìn)入吸附塔，乙炔和氯乙烯被吸附下來，無法被吸附劑吸附下來的其他氣體通過尾排閥門排放到大氣中。

吸附飽和的吸附塔經(jīng)過壓力均降，逆放，抽空一，抽空二，抽沖，抽空三，壓力均升，終充8個步驟進(jìn)行處理，塔內(nèi)吸附的乙炔和氯乙烯完全解吸出來，通過壓力差和真空泵送入轉(zhuǎn)化。

下面將變壓吸附的9個步驟進(jìn)行分步介紹：

1、吸附

不凝氣體在尾排前進(jìn)入預(yù)熱器，原料氣在預(yù)熱器內(nèi)加熱到40℃后，通過KV1閥送到吸附塔內(nèi)。六塔流程為兩個塔同時進(jìn)行吸附，其他四個塔進(jìn)行處理。原料氣內(nèi)氯乙烯和乙炔在吸附塔內(nèi)被吸附下來，剩余未被吸附的氣體，經(jīng)過KV2閥到達(dá)尾排，通過壓力調(diào)節(jié)閥門排放至空氣中。

此過程需要的時間為804S，壓力比精餾系統(tǒng)的壓力低0.02MPa，在0.47～0.49 MPa。總時間的設(shè)定是根據(jù)原料氣流量、凈化氣內(nèi)的氯乙烯和乙炔含量決定的。

如精餾系統(tǒng)出現(xiàn)波動，變壓吸附的壓力也同時跟著波動。所以，我們在操作時，要保證精餾壓力及原料氣的流量穩(wěn)定。當(dāng)精餾停車時，系統(tǒng)通過KV10，KV11或KV15,KV16閥切換至直排；精餾壓力低到設(shè)定值（0.45 MPa）時，系統(tǒng)自動進(jìn)行切換。

2、壓力均降 吸附結(jié)束后，飽和的吸附塔在設(shè)定好的T2步驟進(jìn)行壓力降，通過KV5和KV9閥，將吸附塔內(nèi)的壓力泄入中間罐內(nèi)。均降步驟在16S就可完成，剩余的時間留給抽空三，使得抽空三步壓力盡可能的抽至-0.09MPa吸附塔的解吸更徹底。

吸附塔壓力由0.48MPa降至0.22MPa。

3、逆放

均壓結(jié)束后，吸附塔的逆放為T4和T6步驟，共計130S。此時，吸附塔的壓力通過KV17閥進(jìn)入轉(zhuǎn)化二級混脫，為防止轉(zhuǎn)化壓力波動，控制HV102閥門的開度調(diào)節(jié)，使氣體的壓力緩慢釋放。

壓力由0.22MPa降至0.04～0.05MPa。HV102的斜率系數(shù)為1.00，閥門的最小開度為25%，最大開度為100%。

4、抽空一

逆放結(jié)束后為吸附塔的T8抽空一，打開KV18或KV19閥控制HV102閥門的開度，真空泵

設(shè)定的時間為132S，達(dá)到要求的真空度-0.05 MPa。

5、抽空二

6、抽沖

7、抽空三

8、壓力均升

9、終充

第三篇：變壓吸附設(shè)計（xiexiebang推薦）

一、關(guān)于吸附劑的算法：(以易吸附組分為準(zhǔn))QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP×3600/t 其中QF為進(jìn)口體積流量Nm3/h Cout為易吸組分進(jìn)口濃度 Cin為易吸組分出口濃度 n為總塔數(shù)，VR為單塔吸附劑體積 噸

q為吸附劑對易吸組分吸附容量 Nm3/噸 ΔP最后一次均壓與吹掃或抽真空之間的壓差 t為總循環(huán)時間，t0為單塔循環(huán)時間，t=n×t0，故上式變?yōu)椋?/p>

QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP ×3600 /（n×t0）即 QF(Cout－Cin)=VR×q×ΔP ×3600/t0

由上式可看出，PSA裝置的處理能力即要分離的易吸組分總量QF(Cout－Cin)只與單塔的吸附劑量VR和吸附容量q、解吸壓差ΔP和單塔循環(huán)時間t0有關(guān)，對同一裝置來說，吸附容量q變化不大，要想加量，只能縮短循環(huán)時間，以增加循環(huán)數(shù)次，提高吸附劑利用次數(shù)或者增大ΔP以提高吸附劑吸量。

二、關(guān)于分離系數(shù)

分離系數(shù)定義：弱吸附組分在吸附床死空間中殘余量/弱吸附組分在吸附床中的總量）與（強吸附組分在吸附床死空間中殘余量/強吸附組分在吸附床中的總量）之比

如根據(jù)物料算出兩組分分離系統(tǒng)中以下數(shù)據(jù)：

1、弱吸附組分總放量、根據(jù)塔內(nèi)壓差及塔空隙體積算出弱吸附組分放空量

2、強吸附組分總放量、根據(jù)塔內(nèi)壓差及塔空隙體積算出強吸附組分放空量 比如制氧算出：

氮總放空量為8430 Nm3，通過塔壓及空隙算出784 Nm3； 氧總放空量為385 Nm3，通過塔壓及空隙算出196 Nm3 則分離系數(shù)為：

(196/385)/(784/8430)=5.47

另：如為兩組分系統(tǒng): 則塔內(nèi)床層死空間弱組分殘余量即為：V1*0.65*C1*ΔP 塔內(nèi)床層吸附劑吸附弱組分量即為：V1*（1－0.65）*τ*ΔP*C1

三、壓力與電耗一覽表

動力設(shè)備123456兗礦風(fēng)機兗礦壓縮機中成真空泵東明空壓機中成風(fēng)機抽氣量或打入口輸出電機功最大軸軸功電耗電機電耗氣量(m3/h)壓力壓力率功率(kw/Nm3)(kw/Nm4)8000***00***16230000000.054.000-0.080.180.140.650.24.00.24.2500***0063028015393.5301.752040535.523880427.60.0190.0520.0360.0850.03150.1600.0400.1860.0230.0610.0430.1000.0370.1880.0000.2177廣東中成氧壓機8兗礦魯化壓縮機

四、過熱蒸汽區(qū)域描述蒸汽在溫度高于飽和蒸汽溫度的狀態(tài)。保持壓力不變，加熱飽和蒸汽，它的溫度會上升，就產(chǎn)生過熱蒸汽。

實際上就像一般的氣體如空氣中CO2一樣，就是在指定的壓力下，溫度高于蒸汽壓。飽和蒸汽壓和飽和溫度有一定的關(guān)系，其遵守克勞修斯—克萊佩龍方程

lnp=－ΔvapHm/R×(1/T)+c

根據(jù)化工工藝手冊提供的數(shù)據(jù)，可以求出ΔvapHm，和C，求出公式如下： y =-4820.2x + 24.493，其中y為lnp，x為1/T P(A,Mpa)P(G,Pa)0.1040.1480.2050.2790.3740.4910.6380.8191.0371.2971.607104365******14266383488******lnP11.5611.9012.2312.5412.8313.1113.3713.6213.8514.0814.29lnP14.5114.7214.9115.1015.2815.45T(℃)100110120***0***0T(℃)***260T(K)3733833934034***453463473T(K)***533密度(kg/m3)汽化潛熱(千焦/千克)22600.0026810.60610.0026110.83640.00254451.12810.00248141.49770.00242131.96090.00236412.51650.00230953.19330.00225734.00310.00220754.95640.00215986.06760.00211427.35921/T1/T0.00207040.00202840.00198810.00194930.0019120.00187629.010910.808912.867015.207417.852320.82401849.8P(G,Mpa)P(G,Pa)1.8822.3272.8483.4534.1534.956 ******104655124138

五、各專業(yè)條件提法

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計階段的一般要求

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)計階段，工藝安裝專業(yè)應(yīng)給設(shè)備專業(yè)提交工藝裝置設(shè)備平面布置圖，若有特殊的荷載要求時，應(yīng)在圖上加以說明或單獨提出。2.2 詳細(xì)設(shè)計階段的一般要求

2.2.1 工藝安裝專業(yè)委托設(shè)備專業(yè)設(shè)計的有隔熱耐磨襯里的煙氣管道等，應(yīng)提供設(shè)備平豎面布置圖，并確定走向和支吊架位置。工藝、自控專業(yè)的開口方位及大小，也由工藝安裝專業(yè)提交設(shè)備專業(yè)。

2.2.2 與土建和設(shè)備專業(yè)都有關(guān)的平臺梯子，應(yīng)分別給兩個專業(yè)各提供一份資料。

2.2.3 用簡圖表示出設(shè)備的開口方位。簡圖上應(yīng)表示出方向針，其指向應(yīng)與設(shè)備平面布置圖上的相一致。如果所采用的設(shè)備圖紙是復(fù)用圖紙，但其開口方位需重新設(shè)計或作部分修改，則還應(yīng)表示出方向針與復(fù)用設(shè)備圖中原有0°方位的關(guān)系。

2.2.4 開口方位簡圖上應(yīng)列出所有開口的編號、名稱和公稱直徑，并應(yīng)與工藝專業(yè)提交給設(shè)備專業(yè)的設(shè)計資料相一致。對開口法蘭的壓力等級及密封面形式有要求時，應(yīng)予注明。如果所采用的設(shè)備圖紙是復(fù)用圖紙，則開口方位簡圖上的開口編號應(yīng)與原圖相一致，設(shè)備法蘭接口外徑和壁厚應(yīng)與相接工藝管道一致。

2.2.5 工藝設(shè)備上的儀表開口方位，應(yīng)與自控專業(yè)共同確定，畫出同一張開口方位簡圖上，并經(jīng)自控專業(yè)簽字。

2.2.6 塔類設(shè)備上附設(shè)的檢修吊架方位應(yīng)表示在開口方位簡圖上。立式容器類設(shè)備的支腿、支耳的方位有特殊要求者，也應(yīng)在開口方位簡圖上表示出來。

2.2.7 布置開口方位時，應(yīng)注意開口與塔內(nèi)件（如降液管、受液盤等）的關(guān)系，以保證符合工藝要求，并避免與塔內(nèi)件相碰，橢圓形封頭的小R 處盡量不布置開口。

3.生根于設(shè)備上的鋼平臺梯子

3.1 應(yīng)繪制分層的平臺梯子平面簡圖，（當(dāng)復(fù)印計算機繪制的配管圖作平臺梯子資料時，必須用紅筆標(biāo)明開洞，并標(biāo)注清楚平臺梯子的尺寸），簡圖應(yīng)清晰、明確、可不按比例，但尺寸的相對關(guān)系不宜與實際相差懸殊，以免造成錯覺。簡圖上應(yīng)表示出方向針，其指向應(yīng)與設(shè)備平面布置圖相一致。

3.2 塔及立式容器上的扇形平臺應(yīng)注出其張角、寬度，直梯應(yīng)注出其中心線與設(shè)備中心線的夾角。塔頂或臥式的矩形平臺，應(yīng)注出其外形尺寸及其與設(shè)備的相對關(guān)系尺寸（例如與設(shè)備中心線或設(shè)備外形或設(shè)備支座的相對位置）。

3.3 應(yīng)注出平臺面標(biāo)高、平臺處地面標(biāo)高和設(shè)備基礎(chǔ)面標(biāo)高。標(biāo)高的基準(zhǔn)應(yīng)與設(shè)備平豎面布置圖相一致。

3.4 當(dāng)平臺下方有設(shè)備開口時，平臺面與開口中心的距離不得小于開口公稱直徑加100mm。3.5平臺上的開孔應(yīng)注出開孔直徑及其定位尺寸或角度，如圖3.2-1，圖3.2-2所示。開孔直徑φ一般是將此管道的最大外徑（管子外徑或隔熱層外徑或法蘭外徑）加50mm。

3.6 在平臺梁上或在平臺面上支承管道、儀表箱或檢修部件，如果荷載超過200kg，則應(yīng)注明荷載的大小及具體位置。

3.7 如某層平臺需與其它構(gòu)筑物（如框架）相連接，則應(yīng)說明連接的要求，并注出尺寸及與此連接的分區(qū)設(shè)備構(gòu)架物編號，層高等。

3.8 與自控專業(yè)有關(guān)的平臺梯子，應(yīng)與自控專業(yè)協(xié)商確定以滿足兩個專業(yè)的要求。僅供自控專業(yè)使用的平臺梯子，應(yīng)與自控專業(yè)提出委托資料給工藝安裝專業(yè)會簽后，由自控專業(yè)提交設(shè)備專業(yè)和工藝安裝專業(yè)各一份。

3.9 電脫鹽、電精制和除塵等設(shè)備上，為安裝或檢修高壓電氣設(shè)備或線路的專用平臺梯子應(yīng)由電氣專業(yè)提交委托資料，經(jīng)工藝安裝專業(yè)會簽后，由電氣專業(yè)提交設(shè)備專業(yè)和工藝安裝專業(yè)各一份。當(dāng)有吊車梁生根于設(shè)備上時，應(yīng)提交荷載及位置，以便設(shè)備專業(yè)考慮吊車梁荷載的影響。11 如果必須在需要熱處理的合金鋼設(shè)備上或不允許在現(xiàn)場焊接的設(shè)備上焊接支架的生根構(gòu)件時，應(yīng)提出生根構(gòu)件墊板的大小及方位。依附在設(shè)備上或放置在平臺上的小型設(shè)備及管道和大閥門應(yīng)征詢設(shè)備專業(yè)的意見，必要時應(yīng)提出書面資料，以便設(shè)備專業(yè)核算偏心荷載。

電氣目錄：圖紙目錄，綜合材料表，施工說明圖例，低壓配電系統(tǒng)圖，照明系統(tǒng)圖，電機控制原理圖，電纜管線表，一層配電平面圖，二層。。，一層照明平面圖，二層。。，基礎(chǔ)接地平面布置圖，一層接地平面圖，二層。。，屋面防雷平面圖，火災(zāi)報警系統(tǒng)圖，一層火災(zāi)報警，電話平面圖，二層。。。

給排水：圖紙目錄，給排水設(shè)計說明，綜合材料表，一層給排水平面圖，二層。。，給水系統(tǒng)圖，排水系統(tǒng)圖，消防系統(tǒng)圖。

建筑：圖紙目錄，建筑設(shè)計說明，門窗及大樣，構(gòu)造做法表，一層平面圖，二層。。，屋頂平面圖，軸里面圖，剖視圖，樓梯詳圖。

6、硫化氫質(zhì)量體積含量和體積百分比的換算

如兗礦體積百分比為0.92%，轉(zhuǎn)為g/Nm3，則為： =0.92%*1000L/Nm3/22.4L/mol*34g/mol=13.96g/Nm3=13.96mg/NL

按標(biāo)準(zhǔn)態(tài)換算為1%體積百分比則為15.2g/Nm3 若再轉(zhuǎn)為實際壓力下硫含量，則為13.96g/Nm3*35Nm3/m3=488.6g/m3=488.6mg/L

§7 解吸倍數(shù)與吸附量

當(dāng)吸附劑吸附的物質(zhì)越多，最后解吸出來的就越多，所以，吸附容量越大，解吸倍數(shù)就越大。根據(jù)工程經(jīng)驗，在脫碳中用硅膠的吸附容量與解吸倍數(shù)關(guān)系為：

工程名稱

吸附容量

解吸倍數(shù)

氣源組分 河北凱越單醇脫碳

7.45

7.5

COH2 遼寧鳳城一段

10.65

9.71

CO2H2 枝江三寧一段

14.73

15.06

CO2COH2

兗礦國泰一段

6.03

7.02

CO2COH2

湘中成制氧一段

12.96

8.99

O2N2

§8壓縮機及風(fēng)機升壓與升溫及冷卻水量關(guān)系

壓縮機的出口溫度取決于進(jìn)口溫度及壓縮比和絕熱系數(shù)，壓縮過程可視為絕熱過程，即可例出以下方程：

TOUT=TIN(POUT/PIN)(K-1)/K

一般壓縮比即POUT/PIN選擇不超過3，當(dāng)進(jìn)口溫度為40℃，壓縮比為3的情況下，出口溫度

TOUT=313×3(1.4-1)/1.4=313×1.369=428K=155℃

如果壓縮比超過3，在同樣的絕熱系數(shù)下，出口溫度就會超過155℃，將會對設(shè)備帶來很大的影響。因此，一般的壓縮都以壓縮比3來劃等級，比如進(jìn)口壓力為0.03Kg(G)，要求壓縮至35Kg(G)，則總壓縮比為36/1.03=34.95，那壓縮機至少應(yīng)為3×3×3×3=81，即4級，如果只選3級，則只能至3×3×3=27，壓縮不夠。

冷卻水量計算：

壓縮機所需冷卻水有兩個地方：一是缸套（即油溫及軸溫冷卻器）、二是中級冷卻器及各級冷卻器、三是后級冷卻器

一、對缸套，所需冷卻量q為：

q=120Vqd

L/h 單位為升/小時

二、對中級冷卻器，所需冷卻量q為：

q=60V×4.5L/h 單位為升/小時

以湘中成為例，風(fēng)機中冷器所需冷卻量為：（打氣量130 m3/min q=270×90=24.m3/h=0.4 m3/min

三、后冷卻器，所需冷卻量q為：

q=γV Cp(T4-T5)×1.15/(1000×Δt)

m3/h 單位為方/小時

其中

γ

空氣重度 Kg/m3

V 空氣壓縮機的排氣量 m3/min Cp 空氣的等壓比熱，取0.24

kcal/(kg。℃)T4-T5 冷卻器空氣前后溫差

以湘中成為例，后冷器所需冷卻量為：

q=1.2×78×0.24×(110-40)×1.15/(1000×10)§9

1830

全部為國內(nèi)設(shè)備，估計11個億，國外設(shè)備估計要16個億。

單套百萬噸的都是國外的設(shè)備，估計要70個億，以天然氣為原料，成本能降幾百元 NH2-CO-NH2 CO（NH2）2 分子量60

NH3 17

34/60=0.6 3052 投資估計19億，每噸合380元

低溫甲醇洗

15萬噸合成氨 投資約7500萬，不包括溶劑費

氣化噸氨消耗

目前空氣造氣

1.9噸煤/噸氨(指優(yōu)質(zhì)煤)

電耗1500kw/噸氨

富氧造氣(60%)

1.4噸煤/噸氨(指劣質(zhì)煤)

電耗950kw/噸氨

富氧消耗為

750Nm3/h O2

循環(huán)水消耗

350噸水/噸氨(62Kw/h)氣量與產(chǎn)量的換算 1、1噸合成氨需要脫碳?xì)饬繛?965標(biāo)方，脫碳?xì)獬煞譃椋?CO

H2 CO2 O2 N2 CH4+Ar NH3 2.24 71.86 0.2 0.04 23.94 1.66

0.06

2、變換氣成分：

1.6 51.39 28.64 0.06 17.12 1.19

3、則原料中CO2的剩余量為：2965×0.2%=5.93標(biāo)方/tNH3。

4、設(shè)變換氣量為X，X=2965＋（28.54%X－5.93）X=4146.7標(biāo)方/tNH3。

產(chǎn)量

煤氣量

變換氣量

脫碳?xì)饬?/p>

1噸合成氨

3300Nm3/h

4200Nm3/h

2965 Nm3/h

9、不銹鋼絲網(wǎng)計算

根據(jù)要求，不絲網(wǎng)要求重縫寬度不小于300mm，根據(jù)情況分兩種一種是比較大，直徑大于2米以上，兩張1米絲網(wǎng)拼在一起，還湊不上一個整圓，則需要中間加疊合層，留有銜接部分，也就是需要三張絲網(wǎng)，一種是比較小的絲網(wǎng)，直接用兩張合在一起中間就產(chǎn)生了疊合層，無銜接部分，即只需要2張絲網(wǎng)。對于第一種：有三個步驟，一：做兩張小半圓絲網(wǎng)，寬度1米，長度按以下方法計算 根據(jù)以上圖可以求出下料高度：

(R-1000)2+H2=R2

即H＝√(2R×1000－10002)總高度即為2H。

二：制作疊合層

疊合層寬度應(yīng)該以500或1000為宜，這樣可以節(jié)省材料，如果大于500，則宜以1000寬度為主，疊合層分兩部分，兩邊為真正疊合部分，即一層小半圓層，一層為疊合層；中間為銜接部分，只有一層。這部分寬度W2為

W2=2R－2000 疊合部分W1寬度

W1＝（1000－W2）/2

對于第二種直接比較小的，制作步驟如下： 下料長度即為絲網(wǎng)直徑，即2R，中間疊合部分寬度W2＋2R=1000+1000，即疊合部分寬度

W2＝2000－2R

§10開孔率計算

開孔率指的是沖孔區(qū)與整張板之間的一個比例，常用百分比來表示?，F(xiàn)在讓我們用下面的規(guī)格來舉例說明：圓孔, 2MM孔徑, 60度錯排, 4MM中心距, 外形尺寸1M X 2M.根據(jù)以上的信息及以下的公式，我們可以得出這種規(guī)格的沖孔網(wǎng)的開孔率為23%。也就是說沖掉的孔的面積之和為0.465平方米（1M X 2M X 23%）開孔率計算公式

圓孔 60°錯排

圓孔，直排

圓孔 45°錯排

方孔，錯排

方孔，直排

長圓孔，Z型錯排

長圓孔，直排

長圓孔，K型錯排

長方孔，Z型錯排

長方孔，直排

長方孔，K型錯排

第四篇：變壓吸附工藝分析

變壓吸附工藝分析

變壓吸附（PSA）技術(shù)是近3多年來發(fā)展起來的一項新型氣體分離與凈化技術(shù)。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要為物理吸附。變壓吸附氣體分離工藝過程的實現(xiàn)主要是依靠吸附劑在吸附過程中所具有的兩個基本性質(zhì)：一是對不同組分的吸附能力不同，而是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個特性，實現(xiàn)了對混合氣體中某些組分的分離、提純；利用吸附劑的第二個性質(zhì)，實現(xiàn)吸附劑在低溫高壓下吸附、在高溫低壓下解吸再生。

一．基本原理

任何一種吸附對于同一被吸附氣體（吸附質(zhì)）來說，在吸附平衡情況下，溫度越低，壓力越高，吸附量越大。反之，溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體的吸附分離方法，通常采用變溫吸附或變壓吸附兩種循環(huán)過程。

如果壓力不變，在常溫或低溫的情況下吸附，用高溫解吸的方法，稱為變溫吸附（簡稱TSA）。顯然，變溫吸附是通過改變溫度來進(jìn)行吸附和解吸的。變溫吸附操作是在低溫（常溫）吸附等溫線和高溫吸附等溫線之間的垂線進(jìn)行，由于吸附劑的比熱容較大，熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）較小，升溫和降溫都需要較長的時間，操作上比較麻煩，因此變溫吸附主要用于含吸附質(zhì)較少的氣體凈化方面。

如果溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓（抽真空）或常壓解吸的方法，稱為變壓吸附。變壓吸附操作由于吸附劑的熱導(dǎo)率較小，吸附熱和解吸熱所引起的吸附劑床層溫度變化不大，故可將其看成等溫過程，它的工況近似地沿著常溫吸附等溫線進(jìn)行，在較高壓力下吸附，在較低壓力下解吸。變壓吸附既然沿著吸附等溫線進(jìn)行，從靜態(tài)吸附平衡來看，吸附等溫線的斜率對它的是影響很大的。

吸附常常是在壓力環(huán)境下進(jìn)行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結(jié)合的方法，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統(tǒng)。在等溫的情況下，利用加壓吸附和減壓解吸組合成吸附操作循環(huán)過程。吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量隨著壓力的升高而增加，并隨著壓力的降低而減少，同時在減壓（降至常壓或抽真空）過程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生，外界不需要供給熱量便可進(jìn)行吸附劑的再生。因此，變壓吸附既稱等溫吸附，又稱無熱再生吸附。

在實際生產(chǎn)中根據(jù)原料氣的組成、壓力機產(chǎn)品凈化要求的不同可選擇PSA、TSA或PSA+TSA工藝。變壓吸附根據(jù)降壓解吸方式的不同分為兩種工藝：PSA與真空變壓吸附（VPSA）。在實際生產(chǎn)種，究竟采用何種吸附工藝，主要根據(jù)原料氣的組成性質(zhì)、壓力、流量、產(chǎn)品的要求等決定。

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption)分離技術(shù)是一種低能耗的氣體分離技術(shù)。變壓吸附（PSA）工藝所要求的壓力一般在0.1～2.5MPa，允許壓力變化范圍較寬，一些有壓力的氣源，如氨廠弛放氣、變換氣等，本身的壓力可滿足變壓吸附(PSA)工藝的要求，可省去再次加壓的能耗。對于處理這類氣源，PSA制氫裝置的消耗僅是照明、儀表用電及儀表空氣的消耗，能耗很低；PSA裝置壓力損失很小，一般不超過0.05MPa。

變壓吸附循環(huán)是吸附和再生的循環(huán)，吸附過程是吸附劑在加壓時吸附混合氣中的某些組份，未被吸附組份通過吸附器層流出，當(dāng)吸附劑被強吸附組分飽和以后，吸附塔需要進(jìn)入再生過程，也就是解吸或脫附過程。在變壓吸附過程中吸附器內(nèi)吸附劑解吸是依靠降低雜質(zhì)分壓實現(xiàn)的，在工業(yè)裝置上可以采用的方法有： 1)降低吸附器壓力(泄壓)2)對吸附器抽真空 3)用產(chǎn)品組分沖洗

l 常壓解吸：

升壓過程(A-B): 經(jīng)逆放解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P1、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1(A點).在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q 1不變(B點).吸附過程(B-C): 在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附器，同時輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的吸留量Q3時(C點)停止進(jìn)入原料氣，吸附終止.此時吸附器內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4，C’點)。

順放過程(C-D): 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過程中，隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當(dāng)吸附器降壓到D點時，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。

逆放過程(D-E): 開始逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。

沖洗過程(E-A): 根據(jù)實驗測定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低.在此利用別的吸附器順向降壓過程排出的產(chǎn)品組分，在過程最低壓力P1下進(jìn)行逆向沖洗不斷降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨沖洗氣帶出吸附器.經(jīng)一定程度沖洗后，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量降低到過程的最低量Q1時，再生終止.至此，吸附器完成了一個吸附—解吸再生過程，再次升壓進(jìn)行下一個循環(huán)。l 真空解吸：

升壓過程(A-B): 經(jīng)真空解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P0、床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q1(A點).在此條件下用產(chǎn)品組分升壓到吸附壓力P3，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q 1不變(B點)。

吸附過程(B-C): 在恒定的吸附壓力下原料氣不斷進(jìn)入吸附器，同時輸出產(chǎn)品組分.吸附器內(nèi)雜質(zhì)組分的吸留量逐步增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的吸留量Q3時(C點)停止進(jìn)入原料氣，吸附終止.此時吸附器內(nèi)仍預(yù)留有一部分未吸附雜質(zhì)的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質(zhì)，吸留量可為Q4，C’點)。

順放過程(C-D): 沿著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，流出的氣體仍為產(chǎn)品組分，用于別的吸附器升壓或沖洗.在此過程中，隨床內(nèi)壓力不斷下降，吸附劑上的雜質(zhì)被不斷解吸，解吸的雜質(zhì)又繼續(xù)被未充分吸附雜質(zhì)的吸附劑吸附，因此雜質(zhì)并未離開吸附器，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量Q3不變.當(dāng)吸附器降壓到D點時，床內(nèi)吸附劑全部被雜質(zhì)占用，壓力為P2。

逆放過程(D-E): 開始逆著進(jìn)入原料氣輸出產(chǎn)品的方向降低壓力，直到變壓吸附過程的最低壓力P1(通常接近大氣壓力)，床內(nèi)大部分吸留的雜質(zhì)隨氣流排出器外，床內(nèi)雜質(zhì)吸留量為Q2。

抽空過程(E-A): 根據(jù)實驗測定的吸附等溫線，在壓力P1下吸附器仍有一部分雜質(zhì)吸留量，為使這部分雜質(zhì)盡可能解吸，要求床內(nèi)壓力進(jìn)一步降低.在此利用真空泵抽吸的方法降低雜質(zhì)分壓使雜質(zhì)解吸并隨抽空氣帶出吸附器.抽吸一定時間后，床內(nèi)壓力為P0，雜質(zhì)吸留量降低到過程的最低量Q1時，再生終止。至此，吸附器完成了一個吸附—解吸再生過程，再次升壓進(jìn)行下一個循環(huán)。二．變壓吸附脫炭

變壓吸附基本工作原理是利用吸附劑對吸附質(zhì)在不同的分壓下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定壓力下對被分離的氣體混合物的各組分有選擇吸附的特性，加壓吸附除去原料氣中的雜質(zhì)組分，減壓脫附這些雜質(zhì)而使吸附劑獲得再生。因此，采用多個吸附床，循環(huán)地變動所組合的各吸附床壓力，就可以達(dá)到連續(xù)分離氣體混合物的目的。

合成氨變換氣中主要組分為：水（汽）、有機硫、無機硫、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氮、氬及氫氣。這些氣體組分在物理吸附劑上的吸附能力和吸附量，在一定的溫度和壓力下依次減弱和減少。當(dāng)變換氣通過吸附床層時，在前的組分優(yōu)先被吸附，即使吸附劑已經(jīng)吸附了在后的組分，在前的組分也會把它頂替出來。難吸附組分氫、氮、甲烷、一氧化碳等氣體很少被吸附，從吸附塔出口端排出，做為脫除了二氧化碳的氣體輸出。在吸附床降壓時，被吸附的二氧化碳等氣體解吸出來，同時吸附劑獲得再生。l 裝置主要類型：

由于用途不同，變壓吸附脫碳裝置可分為三種類型：單純脫除二氧化碳獲得凈化氣的裝置；脫除變換氣中的二氧化碳并聯(lián)產(chǎn)食品級液體二氧化碳的裝置；同時制取脫碳凈化氣和純度為98%的氣體二氧化碳的裝置。（1）PSA脫碳裝置

目前中小型合成氨廠采用最多的仍是單純脫除CO2獲得凈化氣的PSA裝置，以替代傳統(tǒng)的濕法脫碳。根據(jù)氨廠的不同需要又分為兩種工藝，一種是替代碳化以增產(chǎn)液氨為目的的脫碳工藝。變換氣經(jīng)PSA脫碳后凈化氣中CO2含量小于0.2%，直接進(jìn)精煉工序。目前此類裝置運行情況，氫回收率﹥97%，凈化氣中氫氮比在3.0左右，并且在脫除CO2的同時，還將大部分雜質(zhì)如CH4、CO、H2S脫除，減小了后續(xù)工段的負(fù)擔(dān)。另一種是用于與聯(lián)醇裝置配套的工藝。由于凈化氣用于聯(lián)醇生產(chǎn)，考慮到甲醇合成催化劑的壽命和盡可能提高CO的回收率問題，一般將脫碳凈化氣中的CO2含量控制在1%~5%的水平。目前此類裝置運行情況，氫回收率﹥98%，CO回收率﹥90%。在脫除CO2的同時，還將變換氣中的硫化物脫除到0.1mg/m3（標(biāo)）的水平，原料氣中所含微量氯、氨、水、砷等雜質(zhì)可同時脫除。（2）脫碳并聯(lián)產(chǎn)液體CO2裝置

將來自PSA脫碳裝置的解吸氣在常壓狀態(tài)下進(jìn)入壓縮機，加壓到一定的壓力后首先進(jìn)行預(yù)處理，除去解吸氣中所含的各類硫化物、微量的砷、氟、氯等以及飽和水，以滿足食品級CO2的要求。預(yù)處理后的氣體冷卻到0℃以下，使解吸氣的CO2成為液體，然后進(jìn)入提純塔使CO2和其他氣體分離，最后在提純塔底部得到純度為99.5%~99.999%的食品級液體CO2產(chǎn)品。

（3）脫碳并同時制取純CO2裝置，該裝置是由提純系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)兩部分組成，兩系統(tǒng)均采用多塔PSA工藝。變換氣通過提純系統(tǒng)將CO2濃度富集到98.5%以上，供尿素裝置使用。出提純系統(tǒng)的中間氣進(jìn)入凈化系統(tǒng)，凈化系統(tǒng)將中間氣中的CO2進(jìn)一步凈化到0.2%以下，以保證合成氨生產(chǎn)需要。

兩段法變壓吸附脫碳的主要特點是，第一段脫除大部分二氧化碳，出口氣中二氧化碳控制在8-12%，吸附結(jié)束后，通過多次均壓步驟回收吸附塔中的氫氮氣。多次均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)還有0.06MPA（表）的壓力，然后逆著吸附方向降壓放空，直到吸附塔內(nèi)壓力放到常壓為止，二氧化碳被排放出來，其濃度大于98%吸附劑得到初步再生。吸附得到初步再生。吸附塔逆放結(jié)束后，先與中間氣緩沖罐連通，用中間氣緩沖罐中的氫氮氣對吸附塔升壓，直到中間氣緩沖破罐與吸附塔的壓力平衡為止再用均壓和產(chǎn)品氣對床層逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開始進(jìn)入下一個吸附循環(huán)過程。經(jīng)過對第一段脫碳工業(yè)裝置的分析，多次均壓結(jié)束后，吸附塔還有0.06Mpa（表）的壓力，吸附塔解吸氣中的二氧化碳含量平均大于98%其它為氫氣，氮氣，一氧化碳及甲院：第二段將第一段吸附塔出口氣中的二氧化碳脫至0.2%以下，吸附結(jié)束后通過多次均壓步驟回收吸附塔中的氫氮氣。多次均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)還有0.09MPA（表）的壓力）吸附壓力為0.8MPA時），通過降壓入入中間緩沖罐，直到吸附塔內(nèi)壓力與中間緩沖罐壓力平衡為止，此時，吸附塔內(nèi)壓力在0.005-常壓MPA之間。再生結(jié)束后，用均勻氣和產(chǎn)品氣對床野逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開始進(jìn)入下一個吸附循環(huán)過程。第二段吸附塔均壓結(jié)束后，吸附塔內(nèi)的有效氣體沒有直接放空，而是利用中間緩沖罐將其返回到第一段吸附塔加以回收。

三、變壓吸附制氧

變壓吸附制氧的基本原理是利用空氣中的氮和氧在吸附劑上因壓力不同而吸附性能的差異來選擇性吸附進(jìn)行氧氮分離，吸附氮氣及其它雜質(zhì)，產(chǎn)出氧氣。根據(jù)吸附分離的吸附和解吸壓力的不同，通?？蓪⒊刈儔何街品蛛x制氧工藝分成三種不同的工藝方式。

1、常壓解吸變壓吸附制氧（PSA-O2）：

與空氣變壓吸附分離制氮流程相似，一定壓力（0.3 MPa ～0.55MPa）的壓縮空氣經(jīng)空氣預(yù)處理系統(tǒng)除去油、塵及大部分的汽態(tài)水份后，潔凈空氣進(jìn)入PSA-O2系統(tǒng)吸附塔，潔凈空氣中大部分的氮氣、二氧化碳、殘余水份被吸附，氧氣則被分離出來。當(dāng)吸附塔內(nèi)被吸附的雜質(zhì)組份達(dá)到設(shè)定控制值時，通過常壓脫附解吸，使該吸附塔的制氧吸附劑再生。由兩塔組成的吸附分離系統(tǒng)在DCS系統(tǒng)的控制下通過程控閥門的起閉而循環(huán)切換完成連續(xù)制氧，該制氧流程通常稱為變壓吸附常壓解吸制氧流程（PSA-O2）。

2、真空解吸變壓吸附制氧（VPSA-O2）：

經(jīng)鼓風(fēng)機鼓風(fēng)輸送低壓的原料空氣（25KPa-39KPa），凈化除去粉塵后進(jìn)入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產(chǎn)品氣為氧氣?？諝庵械牡獨?、二氧化碳、水蒸氣被吸附達(dá)到設(shè)定控制值后，由于吸附壓力較低，先通過常壓解吸，再經(jīng)過真空泵抽真空達(dá)到一定真空度，使吸附塔內(nèi)吸附劑雜質(zhì)徹底脫附再生。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統(tǒng)在PLC或DCS系統(tǒng)的控制下，程控閥循環(huán)切換完成連續(xù)產(chǎn)氧，該流程通常稱真空解吸變壓吸附制氧流程（VPSA-O2）。

3、真空解吸制氧（VSA-O2）：

經(jīng)鼓風(fēng)機鼓風(fēng)輸送低壓的原料空氣（15KPa ～19KPa），凈化除去粉塵后進(jìn)入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產(chǎn)品氣為氧氣?？諝庵械牡獨?、二氧化碳、水蒸氣被吸附達(dá)到設(shè)定控制值后，由于吸附壓力較低，先經(jīng)常壓解吸，再經(jīng)真空泵抽真空達(dá)到一定真空度進(jìn)行真空解吸，徹底脫附再生吸附塔內(nèi)分子篩雜質(zhì)。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統(tǒng)PLC或DCS系統(tǒng)的控制下，程控閥循環(huán)切換完成連續(xù)產(chǎn)氧，該流程通常稱真空解吸制氧流程（VSA-O2），設(shè)備規(guī)模更大，經(jīng)濟(jì)性更強。

第五篇：變壓吸附技術(shù)問答

變壓吸附技術(shù)問答

1.什么叫吸附？

當(dāng)氣體分子運動到固體表面上時，由于固體表面原子剩余引力的作用，氣體中的一些分子便會暫時停留在固體表面上，這些分子在固體表面上的濃度增大，這種現(xiàn)象稱為氣體分子在固體表面上的吸附。吸附物質(zhì)的固體稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。按吸附質(zhì)與吸附劑之間引力場的性質(zhì)，吸附可分為化學(xué)吸附和物理吸附。

2．氣體分離的原理是什么？

當(dāng)氣體是混合物時，由于固體表面對不同氣體分子的引力差異，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)成了氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)。3.什么叫物理吸附？

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）進(jìn)行的吸附。其特點是：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。4.變壓吸附常用吸附劑有哪幾種？

變壓吸附常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。5.什么叫變壓吸附？

在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。由于循環(huán)周期短，吸附熱來不及散失，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，波動范圍僅在幾度，可近似看作等溫過程。變壓吸附工作狀態(tài)僅僅是在一條等吸附線上變化。

6.PSA進(jìn)料中為什么要充分脫水？怎樣防止進(jìn)料帶水？

由吸附劑對水的吸附性能可知，吸附劑極易吸水，而且脫附困難，同時吸附劑吸水之后，對其它分子的吸附能力下降。所以必須對進(jìn)料氣進(jìn)行嚴(yán)格脫水，以防止損害吸附劑。為了防止進(jìn)料帶水，通常在進(jìn)料線上增設(shè)進(jìn)料氣水分離器，同時，為防止冬季飽和氣體在管線中發(fā)生冷凝，可視情況將水分離罐后的PSA進(jìn)料管線進(jìn)行伴熱或保溫。7.PSA裝置最常用的吸附劑是什么？它們對一般氣體的吸附順序如何？

PSA最常用的吸附劑是分子篩和活性炭，通常兩種吸附劑組合使用。

分子篩對一般氣體的吸附順序是： H2＜＜N2＜CH4＜CO＜CO2 活性炭對一般氣體的吸附順序是： H2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2 8.吸附器充分吸附雜質(zhì)后，各雜質(zhì)在吸附劑上如何分布？為什么？

當(dāng)吸附器充分地吸附了雜質(zhì)以后，雜質(zhì)界面最前沿為氮氣、一氧化碳，其次是甲烷，再次是二氧化碳，最底層是微量的水。

雜質(zhì)在吸附劑中的分布規(guī)律與吸附劑對各雜質(zhì)組分的吸附能力以及吸附劑的分布狀況有關(guān)。在吸附器中，活性炭作為主要的吸附劑裝填在下部，分子篩作為輔助吸附劑裝填在上部。進(jìn)料氣由吸附器底部進(jìn)入床層，首先接觸活性炭，而活性炭對雜質(zhì)的吸附能力的大小次序為：H2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2＜H2O，所以吸附過程H2O、CO2、CH4、CO、N2被依次吸附下來。剩余的雜質(zhì)N2又被上部分子篩吸附，從而獲得高純度的氫氣。9.均壓過程和意義

被抽真空后的吸附器內(nèi)吸附劑再生完成，但吸附器內(nèi)壓力很低，與進(jìn)料壓力的壓差太大，不能直接進(jìn)行吸附，需要先升壓。而完成吸附步驟的吸附器壓力較高，同時吸附劑顆粒之間，存留一部分氫氣應(yīng)當(dāng)回收。均壓過程即是吸附之后的高壓吸附器與再生之后的低壓吸附器進(jìn)行壓力均衡，高壓吸附器內(nèi)部的氫氣流入低壓吸附器。均壓過程中，高壓吸附器壓力降低，部分雜質(zhì)脫附，并隨物流上移，又被上部吸附劑重新吸附，故雜質(zhì)界面上移。

所以均壓過程使得再生后低壓吸附器的壓力升高，并充分利用高壓吸附器內(nèi)部存留氫氣，提高氫回收率。

10.為什么順放卸壓過程中吸附器內(nèi)的雜質(zhì)界面上移？

變壓吸附是物理吸附，壓力降低時，被吸附的雜質(zhì)可以脫附，所以當(dāng)吸附器順放卸壓時，隨著壓力的降低，部分雜質(zhì)逐漸脫附，并隨著物流上移，同時又被床層上部尚未吸附雜質(zhì)的吸附劑重新吸附下來。因而順放卸壓過程中吸附器內(nèi)雜質(zhì)界面逐漸上移。11.逆放過程及其作用？

逆放是吸附器從供吹掃終止壓力下降到廢氣壓力的逆流卸壓過程，排放位置在吸附器底部，隨著壓力的不斷降低，雜質(zhì)不斷脫附并排入廢氣系統(tǒng)，雜質(zhì)前沿界面逐漸下移，所以排放過程使吸附器內(nèi)大部分雜質(zhì)脫附排出。排放結(jié)束，用供吹掃吸附器提供的純氫從上部進(jìn)入進(jìn)行逆流吹掃，使殘留雜質(zhì)不斷脫附并隨物流排入廢氣系統(tǒng)，從而使絕大多數(shù)的吸附劑實現(xiàn)再生。

所以，排放和被吹掃的作用就是排除吸附器內(nèi)的雜質(zhì)，使吸附劑實現(xiàn)再生。12.廢氣緩沖罐有什么作用？

PSA運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣，其壓力、流量和組成都發(fā)生周期性的變化。而作為加熱爐的燃料氣應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定的壓力、流量和熱值，故PSA裝置設(shè)置了廢氣緩沖罐，其作用就是為加熱爐提供流量、壓力和組成接近均勻一致的燃料氣。13.進(jìn)料組成變化對PSA有何影響？

進(jìn)料中氫含量增加時，產(chǎn)氫量和氫收率提高。當(dāng)氫含量低于設(shè)計值時，進(jìn)料中雜質(zhì)增加，產(chǎn)氫量和氫收率降低。如進(jìn)料中雜質(zhì)濃度增高而未能及時縮短吸附時間（或者降低進(jìn)料流量），則能造成雜質(zhì)超載，使產(chǎn)品純度下降，影響PSA的操作性能。14.進(jìn)料溫度變化對PSA有何影響？

變壓吸附是物理吸附過程，進(jìn)料溫度的高低直接影響吸附劑的吸附性能。進(jìn)料溫度太高，吸附劑的吸附能力下降，因而造成氫收率下降，同時還影響產(chǎn)品純度和吸附劑的使用壽命。而溫度太低了再生困難，如果因此造成吸附劑再生不完全，則惡性循環(huán)的后果將導(dǎo)致雜質(zhì)超載的現(xiàn)象而損害吸附劑。常溫下，10-30℃范圍內(nèi)幾乎有相等的氫收率，進(jìn)料溫度太高或太低，氫收率都有所下降。15.解吸壓力是否越低越好？為什么？

解吸壓力即廢氣壓力，解吸壓力越低，氫回收率越高，吸附劑再生越好。反之，吹掃壓力越高，氫回收率越低。但考慮到廢氣要能直接送到轉(zhuǎn)化爐做燃料，故廢氣緩沖罐出口保持一定壓力。

16.為什么要根據(jù)進(jìn)料流量的大小調(diào)整吸附時間？

每個吸附器在一定的產(chǎn)品規(guī)格要求和一定量吸附劑的條件下，吸附劑對雜質(zhì)的允許吸附量是一定的。所以每個吸附步驟只能提純一定量的進(jìn)料氣。在一定的進(jìn)料流速下，如果吸附時間過長，則吸附劑過多地吸附了雜質(zhì)造成雜質(zhì)超載，不僅使產(chǎn)品純度下降，而且使PSA操作性能變壞。若吸附時間太短，則不能充分利用吸附劑，達(dá)不到應(yīng)有的氫收率，造成浪費。所以應(yīng)根據(jù)實際進(jìn)料流量的大小合理地調(diào)整吸附時間，充分利用吸附劑，在保證產(chǎn)品純度和保護(hù)好吸附劑的前提下，獲得高的氫收率。17.什么是吸附劑的比表面積？

比表面積即單位重量吸附劑所具有的面積，單位為m2/g，吸附劑的表 面積主要是微孔孔壁的表面積.18.在吸附過程中，吸附床分為哪幾個區(qū)段？

吸附床可分為三個區(qū)段：(1)為吸附飽和區(qū)，在此區(qū)吸附劑不再吸 附，達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)；(2)為吸附傳質(zhì)區(qū)，傳質(zhì)區(qū)愈短，表示傳質(zhì)阻力愈小(即傳質(zhì)系數(shù)大)，床層中吸附劑的利用率越高；(3)為吸附床的尚未吸附區(qū) 20.什么叫吸附前沿(或傳質(zhì)前沿)？

在實際的吸附床，由于吸附劑傳質(zhì)阻力的存在，吸附質(zhì)流體以一定的 速率進(jìn)入吸附床時，總是先在吸附床入口處形成一個濃度梯度，以此繪成的曲 線便稱為吸附前沿(或傳質(zhì)前沿)，隨著吸附質(zhì)流體的不斷流入，使曲線沿吸附 床高度方向推進(jìn)。21.什么叫吸附床流出曲線？

在吸附慶中，隨著氣體混合物不斷流入，吸附前沿不斷向床的出口端 推進(jìn)，經(jīng)過一段時間，吸附質(zhì)出現(xiàn)在吸附床出口處，以出口濃度－－時間繪成 的曲線叫做吸附床流出曲線。

22.什么叫穿透濃度和穿透時間？

在吸附床流出曲線中，隨著氣體混合物不斷流入，經(jīng)過一段時間(tc)后，流出氣體中雜質(zhì)濃度達(dá)到一定值(Cc)出現(xiàn)揭點，開始突然上升，這時的雜 質(zhì)濃度(C 0)稱為穿透濃度，所對應(yīng)的時間(tc)稱為穿透時間。23.變壓吸附中吸附劑的再生有哪些方法？

利用降壓、抽真空、沖洗、置換等方法使吸附劑所吸附的 雜質(zhì)析出。24.什么叫氫氣回收率？

回收率是變壓吸附裝置主要考核指標(biāo)之一，它的定義是從高壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品中氫氣組分絕對量占進(jìn)入變壓吸附裝置原料氣中氫氣絕對量的百分比。25.在變壓吸附循環(huán)過程中分哪些基本步驟？

(1)壓力下吸附：吸附床在過程的最高壓力下通入氣體混合物，其中雜質(zhì)被吸附，需提純物質(zhì)（氫氣）從吸附床另一端流出。(2)減壓解吸：根據(jù)被吸附組分的性能，選用降壓、抽真空、沖洗和置換等幾種方法使吸附劑再生；(3)升 壓：吸附劑再生完畢后，用產(chǎn)品氣體對吸附床進(jìn)行充壓，直至吸附壓力為止。26.什么叫循環(huán)周期？

對一臺吸附塔來說，一個循環(huán)周期就是指該吸附塔從吸附雜質(zhì)開始，經(jīng)過降壓再生以后，又到新的一次吸附雜質(zhì)開始，完成這樣大的工藝過程叫做循環(huán)周期。27.什么叫吸附時間？

指一個吸附塔在吸附步驟所經(jīng)歷的時間，其長短可以反映該吸附塔處理進(jìn)料氣的總量。在運轉(zhuǎn)過程中，吸附時間是一個主要操作參數(shù)。28.什么叫做吸附劑的孔容？

吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中微孔的面積來表示，單位是cm3/g.