第一篇：變壓吸附技術的應用研究與前景

變壓吸附技術的應用研究與前景

涂適 1132236 摘要：文章論述了變壓吸附的基本原理，講述了變壓吸附的特點，變壓吸附劑的再生以及變壓吸附技術在工業上的應用，最后談到了變壓吸附技術的市場前景。關鍵詞：變壓吸附 吸附劑 煤層氣 空分制氧

引言

變壓吸附技術（Pressure Swing Adsorption.簡稱PSA）是近幾十年來在工業上新崛起的氣體分離技術, 是物理化學滲流理論在工業上的具體應用。1942年德國發表了第一篇無熱吸附凈化空氣的專利文獻, 20世紀60年代初, 美國聯合碳化物公司(UCC)首次采用變壓吸附技術從含氫廢氣中提純氫氣獲得成功。變壓吸附行業是氣體分離設備行業的重要組成部分,我國從上世紀70年代就開始對變壓吸附技術進行研發，到上世紀90年代中期有了快速發展。進入21世紀，變壓吸附已經形成一個重要產業，涌現出一批如四川天

一、北大先鋒科、溫州瑞氣等為代表的優秀企業。

[1]1 變壓吸附基本原理

變壓吸附法利用吸附劑對吸附質在不同的分壓下具有不同的吸附容量、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組分, 減壓脫附這些雜質而使吸附劑獲得再生。變壓吸附應用于煤層氣中CH4和N2分離，既可以通過平衡效應得到，又可以通過動力學效應得到。（1）平衡效應的變壓吸附，基于平衡效應的PSA是利用不同分子在吸附劑上平衡吸附量的差異進行分離，大多數變壓吸附分離過程都是基于平衡效應來完成的。PSA分離提純煤層氣，CH4是強吸附組分，在解吸氣中獲得，除了受到平衡量的限制，吸附劑的再生也有一定的難度。鑒于變壓吸附工藝已經成熟，研究者們在吸附劑的改性方面也做了大量的研究工作，希望以此提高CH4和N2的分離系數進行分離。（2）動力學效應的變壓吸附，基于動力學效應的PSA是根據分子擴散進入吸附劑孔內的速率不同，適當選擇吸附時間控制目標組分和非目標組分的吸附量來實現分離。鑒于吸附平衡效應分離CH4/N2面臨困難，而CH4和N2分子存在較小、但可操作的動力學直徑差異，CH4動力學直徑為0.382nm，N2動力學直徑為0.368nm，科研人員將關注目光投到了利用吸附動力學效應進行分離。

到目前為止，在已應用的吸附分離技術中，除了用5A 沸石從異烷烴和環烷烴中分離正烷烴、用3A 沸石進行干燥是利用位阻效應分離和用炭分子篩分離空氣是動力學分離之外，其它的 PSA 過程都是混合氣體通過在吸附柱上產生氣體平衡或競爭吸附來完成氣體分離的

[6-9]

[5]

[4]

[3]

[2]

。2 變壓吸附的特點

變壓吸附技術在石油、化工、冶金、電子、國防、醫療、環境保護等方面得到了廣泛的應用, 與其它氣體分離技術相比, 變壓吸附技術具有以下優點: ①低能耗。變壓吸附工藝適應的壓力范圍較廣, 一些有壓氣源可以省去再次加壓的能耗。變壓吸附在常溫下操作, 可以省去加熱或冷卻的能耗。②產品純度高且可靈活調節。如變壓吸附制氫, 產品純度可達99.999%, 并可根據工藝條件的變化, 在較大范圍內隨意調節產品氫的純度

[10]

。③ 工藝流程簡單, 可實現多種氣體的分離, 對水、硫化物、氨、烴類等雜質有較強的承受能力, 無需復雜的預處理工序。④裝置由計算機控制, 自動化程度高, 操作方便, 每班只需稍加巡視即可, 裝置可以實現全自動操作。開停車簡單迅速, 通常開車半小時左右就可得到合格產品,數分鐘就可完成停車。⑤裝置調節能力強, 操作彈性大。變壓吸附裝置稍加調節就可以改變生產負荷, 而且在不同負荷下生產時產品質量可以保持不變, 僅回收率稍有變化。變壓吸附裝置對原料氣中雜質含量和壓力等條件改變也有很強的適應能力,調節范圍很寬。⑥投資小, 操作費用低, 維護簡單,檢修時間少, 開工率高。⑦ 吸附劑使用周期長。一般可以使用10 年以上。⑧裝置可靠性高。變壓吸附裝置通常只有程序控制閥是運動部件, 其使用壽命長, 故障率極低, 而且由于計算機專家診斷系統的開發應用, 具有故障自動診斷、吸附塔自動切換等功能, 使裝置的可靠性進一步提高。⑨環境效益好。除因原料氣的特性外, 變壓吸附裝置的運行不會造成新的環境污染, 幾乎無“三廢”產生。

3.變壓吸附中吸附劑的再生

為了能使吸附分離法經濟地實現, 除了吸附劑要有良好的吸附性能以外, 吸附劑的再生方法具有關鍵意義。吸附劑的再生程度決定產品的純度, 也影響吸附床對原料的處理量, 吸附劑的再生時間決定了吸附循環周期的長短, 從而也決定了吸附劑用量的大小。因此能否找到一種合適的再生方法, 往往對吸附法的工業化起決定性影響。

變壓吸附工藝常用的吸附劑再生方法有以下四種: 1.降壓解吸: 把吸附床由較高壓力降到較低壓力, 使被吸附組分的分壓相應降低, 也可收到一定的再生效果。這個方法的最大優點是它的步驟簡單;但由于死空間氣體中產品組分常因不能回收而損失, 同時吸附劑的再生純度也常達不到要求,所以一般不單獨使用, 而要同其他方法配合[11]。.沖洗解吸: 此法用純產品氣或其它適當氣體沖洗需要再生的吸附劑。吸附劑再生純度決定于沖洗氣用量和其中雜質組分含量。.真空解吸: 在吸附床壓力降到大氣壓后, 為了進一步減小雜質組分的分壓, 可用抽真空的方法來降低吸附床總壓力, 以得到更好的再生效果。但這個方法能量耗費比較大, 而且對易燃易爆氣體容易造成事故, 不過由于沖洗氣用量可大大減少, 所以用這個方法提取率可以高些。沖洗和真空解吸法只能用于雜質組分吸附力不太強的場合, 亦即在操作條件下它的吸附容量與壓力成正比的場合。.置換解吸: 對于難解吸的吸附質, 可以用一種吸附力比它略強或略弱的組分(解吸介質)來把它從吸附劑上置換下來。因為被吸附物質是同解吸介質一起流出的, 所以要求他們之間某一方面的性質(如沸點等)差別比較大以便于分離。常用的解吸介質吸附力比吸附質略弱, 這樣在重新吸附時吸附質可又把解吸介質從吸附劑上沖洗下來。這種方法適用于產品組分吸附能力強而雜質組分吸附能力較弱的情況, 例如用在從非直鏈烴中分離直鏈烴和從裂解氣中分離烯烴。

4.變壓吸附技術的應用

目前, 變壓吸附技術已推廣應用到以下領域: ①氫氣的分離與提純;②二氧化碳的分離與提純;③一氧化碳的分離和提純;④空氣分離制氧;⑤空氣分離制氮;⑥變換氣脫碳;⑦廢氣綜合利用;⑧CH4 /N2 氣體混合物的分離;⑨從煤礦瓦斯氣濃縮甲烷;⑩從富含乙烯的混合氣中濃縮乙烯等。不同產品的分離技術采用不同的吸附劑和工藝, 其中氫氣的分離提純是變壓吸附技術中最早實現工業化的領域。

變壓吸附提氫裝置所采用的氣源分為兩類, 一類是以煤、天然氣、重油為原料氣或用甲醇、氨裂解制備的含氫氣源;另一類為各種工業生產過程中產生的含氫尾氣, 如煉油廠含氫尾氣、合成氨弛放氣、炭黑尾氣、DMF 尾氣、甲醛及甲醇尾氣等。一般而言, 含氫氣30% 以上的混合氣可作為變壓吸附提純氫氣的氣源。

從工業廢氣中回收氫氣是合成氨廠普遍采用的節能措施, 回收的氫氣用于生產比氨產值高得多的化工產品, 如雙氧水、硬化油、甲醇、山梨醇、人工黃油等。目前有200余套從各種工業廢氣中提純氫氣的變壓吸附裝置投入使用

[12]

。氫氣是冶金工業中重要的保護氣, 主要用作硅鋼及其他特殊鋼材的退火保護。早期的保護用氫氣均由高電耗的電解法提供。鋼廠有豐富的含氫氣源(如焦爐煤氣), 第一套從焦爐氣中提純氫氣的變壓吸附裝置于1990年在武漢鋼鐵公司建成投產, 氫氣生產能力為1000m /h, 純度達99.999% , 用作硅鋼片光亮退火的保護氣。原電解法制氫裝置耗電6~7 kW·h /m, 變壓吸附法從焦爐氣中提純氫氣僅為0.5 kW·h /m。繼武漢鋼鐵公司之后, 我國幾大鋼鐵企業如鞍山鋼鐵公司、本溪鋼鐵公司、攀枝花鋼鐵公司等紛紛采用變壓吸附技術取代電解法制氫。在石油煉制過程需要大量氫氣, 同時石油加工過程中又產生大量含氫尾氣, 如加氫裂化尾氣、催化重整副產氣、回煉渣油的催化裂化干氣等, 這些尾氣有很大的回收價值。用于石油工業的變壓吸附提氫裝置規模較大, 原料氣處理能力一般在1萬Nm/h以上, 國外最大的變壓吸附制氫裝置處理氣量已超過10萬Nm/h3 [13]

333。遼陽石油化纖公司特油廠引進德國林德股份有限公司10床變壓吸附控制技術、[14] 閥架和吸附劑。林德變壓吸附技術具有其獨特的控制功能和相當高的生產靈活性, 控制采用順序控制和模擬控制相結合, 自動化程度高, 并具有智能化等特點。開停工及正常生產過程中安全可靠, 具有世界20世紀90年代先進水平。該工藝的原理是: 根據吸附劑中對變換氣各組分的吸附力不同, 對進料自下而上有選擇地吸附雜質, 提純氫氣。

5.變壓吸附分離技術推廣應用的前景

變壓吸附法是從混合氣中分離和凈化氣體的有效方法，以其明顯的優勢倍受青睞。變壓吸附分離技術的新應用領域現已拓展至 N2/CH4、CO2/CH4、CO/N2 及Ar/空氣的分離。其發展方向是：能同時分離兩種以上工業上有價值的產品；減少吸附劑的用量；提高設備的生產能力；在保證產品純度的同時增加產品回收率，并降低生產單位產品所需能量的消耗；采用一套裝置，同時生產多種產品的PSA 新技術；PSA 技術與深冷技術或膜技術相結合推出復合型分離技術[15]，甚至還可以推廣到提高地下煤層氣抽放率的注入增產法方面

[16]。

變壓吸附技術市場潛力巨大，其中變壓吸附技術在聚氯乙烯（PVC）尾氣的凈化回收、煤層氣制氫及空分制氧等領域的應用PVC尾氣凈化

PVC裝置排放尾氣中的氯乙烯，若被人體呼吸后，會引起不同器官及組織的急慢性中毒，國際有關組織已把氯乙烯確認為致癌物質

[18]

[17]，在業內尤其引人關注。

。國內現有近100家PVC生產廠，幾乎都存在尾氣排放問題，以一個中等PVC生產廠為例，每年就排放氯乙烯1300噸。如何對PVC尾氣進行凈化回收，成為業界共同面臨的環保難題

[19]

。四川天一科技股份有限公司抓住這一環保難題，組織科研人員采用變壓吸附分離技術凈化回收氯乙烯尾氣。他們研制的對氯乙烯和乙炔的吸附容量大、選擇性好、組分間分離系數大的專用吸附劑，在回收氯乙烯的同時也可回收尾氣中的乙炔。現場測線實驗證明，經過變壓吸附處理后的回收氣中氯乙烯和乙炔的回收率均大于99.9%，凈化后排放尾氣中氯乙烯的含量小于36mg/m，乙炔含量小于120mg/m，達到國際標準。目前，該技術成果已在山西太化集團、廣西南寧化工公司等企業進行工業應用，技術經濟指標全部達到設計要求，裝置運行不到一年時間就全部收回了投資。

煤層氣制氫

煤層氣是富含甲烷的氣體，也是一種清潔燃料。在煤炭開采過程中，為保證安全生產，我國從井下大量抽放煤層氣。但受技術所限，得到的煤層氣濃度僅為30% ～ 60%，民用數量有限，發電效率又低，因此抽出來的煤層氣大都排入大氣，污染環境又浪費資源。西南化工研究設計院的專家們對此提出，將煤層氣轉化為氫氣產品，即利用煤層氣中的氧與甲烷的燃燒反應熱，使甲烷與水蒸氣發生轉化反應

[20]

3，得到含氫、一氧化碳、二氧化碳和氮的混合氣，然后通過變壓吸附一次除去所有雜質而得純氫。用煤層氣制氫，既可為氫石油化工、化工、冶金、電子、食品、機械、輕工、能源等行業提供廉價的氫源，也解決了煤層氣排放造成的環境問題[21]。

中小型空分制氧

變壓吸附空分制氧技術以其能耗低、投資少、規模靈活、自動化程度高等優勢，逐步成為中小型空分制氧的主要方法

[22]

。目前，變壓吸附空分制氧正在向規模的大型化、微型化及高純度三個方向發展，其中微型化發展非常迅速，尤其是在低壓下使壓縮機的排氣量得到很大提高。新型鋰分子篩的應用、節能技術開發也為制氧機微型化提供了強有力的技術支撐。北京科技大學的專家在對微型變壓吸附制氧機系統分析的基礎上提出，要解決四大關鍵技術[23]：一是新型高效的專用壓縮機。即需要排氣量小、能耗低、體積小而排氣壓力不太高的壓縮機；二是高效專用吸附劑。吸附劑是變壓吸附制氧技術的核心，采用吸附容量大、分離系數高、所需壓力小的鋰分子篩可減少吸附劑用量，從而減小制氧機的體積

[24]

；三是節能工藝。降低系統的能耗可以降低壓縮機的功率，而提高氧氣回收率是降低能耗的重要途徑，也是變壓吸附制氧工藝的研究重點。四是優化吸附塔、制氧機結構及外觀。據介紹，微型變壓吸附制氧機與其它小型制氧設備相比，安全可靠、使用方便、經濟實惠、可連續供氧，適用于醫院、賓館、氧吧及家庭，成為醫療保健的主要供氧設備。有專家認為，微型變壓吸附制氧機將成為廣泛應用的家電產品。

參考文獻：

[1] 鄭黎，周麗莉.變壓吸附氣體分離技術應用及展望[J].河南化工，2010,27（8）：1.[2] Douglas M.Ruthven, Shamsuzzaman Farooq KentS Knaebel.Pressure Swing Adsorption[M].美國：VCH Publishers, 1994:5.[3] 王燕，黃子川，程月玲.變壓吸附技術在氣體分離提純中的應用[J].河南化工，2008,25（10）：2.[4] 任英.二次活化制備炭分子篩[D]上海：同濟大學化學系，2006：5-6.[5] Ackley M.W.，Yang R.T.Kinetic separation by pressure swing adsorption：method of characteristics model.AIChE[J]，1990，36(8)：1229~1238.[6] 辜敏，鮮學福.變壓吸附技術的應用研究進展[J].廣州化學，2006,31（2）: 1.[7] 王樹森,曾美云,胡競民,譯.R.T.楊.吸附法氣體分離[M].北京: 化學出版社, 1991:3.[8] YANG R T, DOONG S J.Gas separation by pressure swing adsorption: A pore diffusion model for bulk separation[J].AIChE J, 1985, 31(12): 1829-1837.[9] 岑沛霖.變壓吸附的理論及應用[J].特種氣體, 1986,(3): 1-6.[10] 張繼明.林德變壓吸附提純氫氣技術[J].遼寧化工,1995,(1): 9-12.[11] 袁偉.變壓吸附法簡介[J].石油化工，1973,（4）: 1-2.[12] 李澤敏.變壓吸附脫除CO2技術的應用[J].河南化工, 1996,(2): 18-19.[13] 王奇,蔡元.采用變壓吸附技術搞好廢氣綜合利用[J].陜西化工, 1996,(3): 38-39.[14] 劉玉琪.變壓吸附脫碳的應用及存在問題探討[J].江蘇化工, 1994, 22(4): 45-47.[15] 陳健, 古共偉, 郜豫川.變壓吸附技術的工業應用現狀及展望[J].化工進展, 1998, 1:14-17.[16] 鮮學福.我國煤層瓦斯滲流力學的研究現狀及進一步發展和應用的展望[R].重慶: 重慶大學礦山工程物理研究所, 1997.[17] JUN ZHANG AND PAUL A.WEBLEY.Cycle development and design for CO2 capture from flue gas by vacuum swing adsorption[J].Environ.Sci.Technol, 2008, 42, 563-569.[18] James A.Ritter and Ralph T.Yang.Pressure Swing Adsorption: Experimental and Theoretical study on air purification and vapor recovery[J].Ind.Eng.Chem.Res, 1991, 30, 1023-1032.[19] E.S.Kikkinides and R.T.yang,S.H.Cho.Concentration and Recovery of CO2 from flue gas by pressure swing adsorption[J].Ind.Eng.Chem.Res,1993, 32, 2714-2720.[20] Peiling Cen and Ralph T.Yang.Bulk gas separation by pressure swing adsorption[J].Ind.Eng.Chem.Fundam, 1986, 25, 758-767.[21] Minh T.Ho, Guy W.Allinson, and Dianne E.Wiley.Reducing the cost of CO2 capture from flue gases using pressure swing adsorption[J].Ind.Eng.Chem.Res, 2008, 47, 4883-4890.[22] Jeong-Geun Jee, Jong-Seok Lee, and Chang-Ha Lee.Air separation by a small-scale two-bed medical O2 pressure swing adsorption[J].Ind.Eng.Chem.Res, 2001, 40, 3647-3658.[23] J.C.Santos, A.F.Portugal, F.D.Magalhaes, and A.Mendes.Simulation and Optimization of Small Oxygen Pressure Swing Adsorption Units[J].Ind.Eng.Chem.Res, 2004, 43, 8328-8338.[24] Jafar Towfighi and Leila Fathi.Oxygen Separation from Air by Four-Bed Pressure Swing Adsorption[J].Ind.Eng.Chem.Res.2009, 48, 5439–5444.

第二篇：變壓吸附技術問答

變壓吸附技術問答

1.什么叫吸附？

當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，這種現象稱為氣體分子在固體表面上的吸附。吸附物質的固體稱為吸附劑，被吸附的物質稱為吸附質。按吸附質與吸附劑之間引力場的性質，吸附可分為化學吸附和物理吸附。

2．氣體分離的原理是什么？

當氣體是混合物時，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成了氣體吸附分離技術的基礎。3.什么叫物理吸附？

物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質分子間的分子力（即范德華力）進行的吸附。其特點是：吸附過程中沒有化學反應，吸附過程進行的極快，參與吸附的各相物質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？

在加壓下進行吸附，減壓下進行解吸。由于循環周期短，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。變壓吸附工作狀態僅僅是在一條等吸附線上變化。

6.PSA進料中為什么要充分脫水？怎樣防止進料帶水？

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。所以必須對進料氣進行嚴格脫水，以防止損害吸附劑。為了防止進料帶水，通常在進料線上增設進料氣水分離器，同時，為防止冬季飽和氣體在管線中發生冷凝，可視情況將水分離罐后的PSA進料管線進行伴熱或保溫。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后，各雜質在吸附劑上如何分布？為什么？

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

雜質在吸附劑中的分布規律與吸附劑對各雜質組分的吸附能力以及吸附劑的分布狀況有關。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。進料氣由吸附器底部進入床層，首先接觸活性炭，而活性炭對雜質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吸附劑再生完成，但吸附器內壓力很低，與進料壓力的壓差太大，不能直接進行吸附，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，存留一部分氫氣應當回收。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行壓力均衡，高壓吸附器內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，部分雜質脫附，并隨物流上移，又被上部吸附劑重新吸附，故雜質界面上移。

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的雜質界面上移？

變壓吸附是物理吸附，壓力降低時，被吸附的雜質可以脫附，所以當吸附器順放卸壓時，隨著壓力的降低，部分雜質逐漸脫附，并隨著物流上移，同時又被床層上部尚未吸附雜質的吸附劑重新吸附下來。因而順放卸壓過程中吸附器內雜質界面逐漸上移。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，雜質不斷脫附并排入廢氣系統，雜質前沿界面逐漸下移，所以排放過程使吸附器內大部分雜質脫附排出。排放結束，用供吹掃吸附器提供的純氫從上部進入進行逆流吹掃，使殘留雜質不斷脫附并隨物流排入廢氣系統，從而使絕大多數的吸附劑實現再生。

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

PSA運轉過程中產生的廢氣，其壓力、流量和組成都發生周期性的變化。而作為加熱爐的燃料氣應當具有穩定的壓力、流量和熱值，故PSA裝置設置了廢氣緩沖罐，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.進料組成變化對PSA有何影響？

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

變壓吸附是物理吸附過程，進料溫度的高低直接影響吸附劑的吸附性能。進料溫度太高，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，則惡性循環的后果將導致雜質超載的現象而損害吸附劑。常溫下，10-30℃范圍內幾乎有相等的氫收率，進料溫度太高或太低，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.為什么要根據進料流量的大小調整吸附時間？

每個吸附器在一定的產品規格要求和一定量吸附劑的條件下，吸附劑對雜質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料氣。在一定的進料流速下，如果吸附時間過長，則吸附劑過多地吸附了雜質造成雜質超載，不僅使產品純度下降，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，達不到應有的氫收率，造成浪費。所以應根據實際進料流量的大小合理地調整吸附時間，充分利用吸附劑，在保證產品純度和保護好吸附劑的前提下，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段？

吸附床可分為三個區段：(1)為吸附飽和區，在此區吸附劑不再吸 附，達到動態平衡狀態；(2)為吸附傳質區，傳質區愈短，表示傳質阻力愈小(即傳質系數大)，床層中吸附劑的利用率越高；(3)為吸附床的尚未吸附區 20.什么叫吸附前沿(或傳質前沿)？

在實際的吸附床，由于吸附劑傳質阻力的存在，吸附質流體以一定的 速率進入吸附床時，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(或傳質前沿)，隨著吸附質流體的不斷流入，使曲線沿吸附 床高度方向推進。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，經過一段時間，吸附質出現在吸附床出口處，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，經過一段時間(tc)后，流出氣體中雜質濃度達到一定值(Cc)出現揭點，開始突然上升，這時的雜 質濃度(C 0)稱為穿透濃度，所對應的時間(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之一，它的定義是從高壓吸附裝置獲得的產品中氫氣組分絕對量占進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，其中雜質被吸附，需提純物質（氫氣）從吸附床另一端流出。(2)減壓解吸：根據被吸附組分的性能，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，用產品氣體對吸附床進行充壓，直至吸附壓力為止。26.什么叫循環周期？

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

指一個吸附塔在吸附步驟所經歷的時間，其長短可以反映該吸附塔處理進料氣的總量。在運轉過程中，吸附時間是一個主要操作參數。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.

第三篇：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處理完畢后，剩余的不凝氣體經過預熱器預熱進入吸附塔，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個步驟進行處理，塔內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化。

下面將變壓吸附的9個步驟進行分步介紹：

1、吸附

不凝氣體在尾排前進入預熱器，原料氣在預熱器內加熱到40℃后，通過KV1閥送到吸附塔內。六塔流程為兩個塔同時進行吸附，其他四個塔進行處理。原料氣內氯乙烯和乙炔在吸附塔內被吸附下來，剩余未被吸附的氣體，經過KV2閥到達尾排，通過壓力調節閥門排放至空氣中。

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

如精餾系統出現波動，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定。當精餾停車時，系統通過KV10，KV11或KV15,KV16閥切換至直排；精餾壓力低到設定值（0.45 MPa）時，系統自動進行切換。

2、壓力均降 吸附結束后，飽和的吸附塔在設定好的T2步驟進行壓力降，通過KV5和KV9閥，將吸附塔內的壓力泄入中間罐內。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閥進入轉化二級混脫，為防止轉化壓力波動，控制HV102閥門的開度調節，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

設定的時間為132S，達到要求的真空度-0.05 MPa。

5、抽空二

6、抽沖

7、抽空三

8、壓力均升

9、終充

第四篇：變壓吸附設計（xiexiebang推薦）

一、關于吸附劑的算法：(以易吸附組分為準)QF(Cout－Cin)=n×VR×q×ΔP×3600/t 其中QF為進口體積流量Nm3/h Cout為易吸組分進口濃度 Cin為易吸組分出口濃度 n為總塔數，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為總循環時間，t0為單塔循環時間，t=n×t0，故上式變為：

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和單塔循環時間t0有關，對同一裝置來說，吸附容量q變化不大，要想加量，只能縮短循環時間，以增加循環數次，提高吸附劑利用次數或者增大ΔP以提高吸附劑吸量。

二、關于分離系數

分離系數定義：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

如根據物料算出兩組分分離系統中以下數據：

1、弱吸附組分總放量、根據塔內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、根據塔內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 則分離系數為：

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

另：如為兩組分系統: 則塔內床層死空間弱組分殘余量即為：V1*0.65*C1*ΔP 塔內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

動力設備123456兗礦風機兗礦壓縮機中成真空泵東明空壓機中成風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、過熱蒸汽區域描述蒸汽在溫度高于飽和蒸汽溫度的狀態。保持壓力不變，加熱飽和蒸汽，它的溫度會上升，就產生過熱蒸汽。

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系，其遵守克勞修斯—克萊佩龍方程

lnp=－ΔvapHm/R×(1/T)+c

根據化工工藝手冊提供的數據，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、各專業條件提法

2.1 基礎設計階段的一般要求

2.1.1 基礎設計階段，工藝安裝專業應給設備專業提交工藝裝置設備平面布置圖，若有特殊的荷載要求時，應在圖上加以說明或單獨提出。2.2 詳細設計階段的一般要求

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

2.2.2 與土建和設備專業都有關的平臺梯子，應分別給兩個專業各提供一份資料。

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

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

2.2.5 工藝設備上的儀表開口方位，應與自控專業共同確定，畫出同一張開口方位簡圖上，并經自控專業簽字。

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

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

3.生根于設備上的鋼平臺梯子

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

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

3.3 應注出平臺面標高、平臺處地面標高和設備基礎面標高。標高的基準應與設備平豎面布置圖相一致。

3.4 當平臺下方有設備開口時，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，則應注明荷載的大小及具體位置。

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

3.8 與自控專業有關的平臺梯子，應與自控專業協商確定以滿足兩個專業的要求。僅供自控專業使用的平臺梯子，應與自控專業提出委托資料給工藝安裝專業會簽后，由自控專業提交設備專業和工藝安裝專業各一份。

3.9 電脫鹽、電精制和除塵等設備上，為安裝或檢修高壓電氣設備或線路的專用平臺梯子應由電氣專業提交委托資料，經工藝安裝專業會簽后，由電氣專業提交設備專業和工藝安裝專業各一份。當有吊車梁生根于設備上時，應提交荷載及位置，以便設備專業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備上或不允許在現場焊接的設備上焊接支架的生根構件時，應提出生根構件墊板的大小及方位。依附在設備上或放置在平臺上的小型設備及管道和大閥門應征詢設備專業的意見，必要時應提出書面資料，以便設備專業核算偏心荷載。

電氣目錄：圖紙目錄，綜合材料表，施工說明圖例，低壓配電系統圖，照明系統圖，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，火災報警系統圖，一層火災報警，電話平面圖，二層。。。

給排水：圖紙目錄，給排水設計說明，綜合材料表，一層給排水平面圖，二層。。，給水系統圖，排水系統圖，消防系統圖。

建筑：圖紙目錄，建筑設計說明，門窗及大樣，構造做法表，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%，轉為g/Nm3，則為： =0.92%*1000L/Nm3/22.4L/mol*34g/mol=13.96g/Nm3=13.96mg/NL

按標準態換算為1%體積百分比則為15.2g/Nm3 若再轉為實際壓力下硫含量，則為13.96g/Nm3*35Nm3/m3=488.6g/m3=488.6mg/L

§7 解吸倍數與吸附量

當吸附劑吸附的物質越多，最后解吸出來的就越多，所以，吸附容量越大，解吸倍數就越大。根據工程經驗，在脫碳中用硅膠的吸附容量與解吸倍數關系為：

工程名稱

吸附容量

解吸倍數

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壓縮機及風機升壓與升溫及冷卻水量關系

壓縮機的出口溫度取決于進口溫度及壓縮比和絕熱系數，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，當進口溫度為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，在同樣的絕熱系數下，出口溫度就會超過155℃，將會對設備帶來很大的影響。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

全部為國內設備，估計11個億，國外設備估計要16個億。

單套百萬噸的都是國外的設備，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(指優質煤)

電耗1500kw/噸氨

富氧造氣(60%)

1.4噸煤/噸氨(指劣質煤)

電耗950kw/噸氨

富氧消耗為

750Nm3/h O2

循環水消耗

350噸水/噸氨(62Kw/h)氣量與產量的換算 1、1噸合成氨需要脫碳氣量為2965標方，脫碳氣成分為： 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標方/tNH3。

4、設變換氣量為X，X=2965＋（28.54%X－5.93）X=4146.7標方/tNH3。

產量

煤氣量

變換氣量

脫碳氣量

1噸合成氨

3300Nm3/h

4200Nm3/h

2965 Nm3/h

9、不銹鋼絲網計算

根據要求，不絲網要求重縫寬度不小于300mm，根據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，一種是比較小的絲網，直接用兩張合在一起中間就產生了疊合層，無銜接部分，即只需要2張絲網。對于第一種：有三個步驟，一：做兩張小半圓絲網，寬度1米，長度按以下方法計算 根據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

疊合層寬度應該以500或1000為宜，這樣可以節省材料，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與整張板之間的一個比例，常用百分比來表示。現在讓我們用下面的規格來舉例說明：圓孔, 2MM孔徑, 60度錯排, 4MM中心距, 外形尺寸1M X 2M.根據以上的信息及以下的公式，我們可以得出這種規格的沖孔網的開孔率為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

第五篇：變壓吸附工藝分析

變壓吸附工藝分析

變壓吸附（PSA）技術是近3多年來發展起來的一項新型氣體分離與凈化技術。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主要是依靠吸附劑在吸附過程中所具有的兩個基本性質：一是對不同組分的吸附能力不同，而是吸附質在吸附劑上的吸附容量隨吸附質的分壓上升而增加，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，實現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）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行，由于吸附劑的比熱容較大，熱導率（導熱系數）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行，從靜態吸附平衡來看，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境下進行的，變壓吸附提出了加壓和減壓相結合的方法，它通常是由加壓吸附、減壓再組成的吸附一解吸系統。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過程。吸附劑對吸附質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。

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

變壓吸附(Pressure Swing Adsorption)分離技術是一種低能耗的氣體分離技術。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。

變壓吸附循環是吸附和再生的循環，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，當吸附劑被強吸附組分飽和以后，吸附塔需要進入再生過程，也就是解吸或脫附過程。在變壓吸附過程中吸附器內吸附劑解吸是依靠降低雜質分壓實現的，在工業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)用產品組分沖洗

l 常壓解吸：

升壓過程(A-B): 經逆放解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P1、床內雜質吸留量為Q1(A點).在此條件下用產品組分升壓到吸附壓力P3，床內雜質吸留量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入吸附器，同時輸出產品組分.吸附器內雜質組分的吸留量逐步增加，當到達規定的吸留量Q3時(C點)停止進入原料氣，吸附終止.此時吸附器內仍預留有一部分未吸附雜質的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質，吸留量可為Q4，C’點)。

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

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

沖洗過程(E-A): 根據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吸留量，為使這部分雜質盡可能解吸，要求床內壓力進一步降低.在此利用別的吸附器順向降壓過程排出的產品組分，在過程最低壓力P1下進行逆向沖洗不斷降低雜質分壓使雜質解吸并隨沖洗氣帶出吸附器.經一定程度沖洗后，床內雜質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，再次升壓進行下一個循環。l 真空解吸：

升壓過程(A-B): 經真空解吸再生后的吸附器處于過程的最低壓力P0、床內雜質吸留量為Q1(A點).在此條件下用產品組分升壓到吸附壓力P3，床內雜質吸留量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入吸附器，同時輸出產品組分.吸附器內雜質組分的吸留量逐步增加，當到達規定的吸留量Q3時(C點)停止進入原料氣，吸附終止.此時吸附器內仍預留有一部分未吸附雜質的吸附劑(如吸附劑全部被吸附雜質，吸留量可為Q4，C’點)。

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

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

抽空過程(E-A): 根據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吸留量，為使這部分雜質盡可能解吸，要求床內壓力進一步降低.在此利用真空泵抽吸的方法降低雜質分壓使雜質解吸并隨抽空氣帶出吸附器.抽吸一定時間后，床內壓力為P0，雜質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，再次升壓進行下一個循環。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組分，減壓脫附這些雜質而使吸附劑獲得再生。因此，采用多個吸附床，循環地變動所組合的各吸附床壓力，就可以達到連續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。當變換氣通過吸附床層時，在前的組分優先被吸附，即使吸附劑已經吸附了在后的組分，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產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，以替代傳統的濕法脫碳。根據氨廠的不同需要又分為兩種工藝，一種是替代碳化以增產液氨為目的的脫碳工藝。變換氣經PSA脫碳后凈化氣中CO2含量小于0.2%，直接進精煉工序。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，還將大部分雜質如CH4、CO、H2S脫除，減小了后續工段的負擔。另一種是用于與聯醇裝置配套的工藝。由于凈化氣用于聯醇生產，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）的水平，原料氣中所含微量氯、氨、水、砷等雜質可同時脫除。（2）脫碳并聯產液體CO2裝置

將來自PSA脫碳裝置的解吸氣在常壓狀態下進入壓縮機，加壓到一定的壓力后首先進行預處理，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產品。

（3）脫碳并同時制取純CO2裝置，該裝置是由提純系統和凈化系統兩部分組成，兩系統均采用多塔PSA工藝。變換氣通過提純系統將CO2濃度富集到98.5%以上，供尿素裝置使用。出提純系統的中間氣進入凈化系統，凈化系統將中間氣中的CO2進一步凈化到0.2%以下，以保證合成氨生產需要。

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。多次均壓結束后，吸附塔內還有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品氣對床層逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開始進入下一個吸附循環過程。經過對第一段脫碳工業裝置的分析，多次均壓結束后，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。多次均壓結束后，吸附塔內還有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，直到吸附塔內壓力與中間緩沖罐壓力平衡為止，此時，吸附塔內壓力在0.005-常壓MPA之間。再生結束后，用均勻氣和產品氣對床野逆向升壓至接近吸附壓力，吸附床便開始進入下一個吸附循環過程。第二段吸附塔均壓結束后，吸附塔內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行氧氮分離，吸附氮氣及其它雜質，產出氧氣。根據吸附分離的吸附和解吸壓力的不同，通常可將常溫變壓吸附制分離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）的壓縮空氣經空氣預處理系統除去油、塵及大部分的汽態水份后，潔凈空氣進入PSA-O2系統吸附塔，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。當吸附塔內被吸附的雜質組份達到設定控制值時，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在DCS系統的控制下通過程控閥門的起閉而循環切換完成連續制氧，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）：

經鼓風機鼓風輸送低壓的原料空氣（25KPa-39KPa），凈化除去粉塵后進入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產品氣為氧氣。空氣中的氮氣、二氧化碳、水蒸氣被吸附達到設定控制值后，由于吸附壓力較低，先通過常壓解吸，再經過真空泵抽真空達到一定真空度，使吸附塔內吸附劑雜質徹底脫附再生。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統在PLC或DCS系統的控制下，程控閥循環切換完成連續產氧，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）：

經鼓風機鼓風輸送低壓的原料空氣（15KPa ～19KPa），凈化除去粉塵后進入吸附塔，吸附塔為兩塔或三塔體系，吸附塔產品氣為氧氣。空氣中的氮氣、二氧化碳、水蒸氣被吸附達到設定控制值后，由于吸附壓力較低，先經常壓解吸，再經真空泵抽真空達到一定真空度進行真空解吸，徹底脫附再生吸附塔內分子篩雜質。由兩塔或三塔組成的吸附分離制氧系統PLC或DCS系統的控制下，程控閥循環切換完成連續產氧，該流程通常稱真空解吸制氧流程（VSA-O2），設備規模更大，經濟性更強。