馬后炮化工微課堂-變壓吸附理論學習

1、變壓吸附學習變壓吸附學習PSAPSA1 1 概況概況：變壓吸附（Pressure Swing Adsorption.簡稱PSA）是一種新型氣體吸附分離技術(shù)，它有如下優(yōu)點： 產(chǎn)品純度高。一般可在室溫和不高的壓力下工作，床層再生時不用加熱，節(jié)能經(jīng)濟。設(shè)備簡單，操作、維護簡便。連續(xù)循環(huán)操作，可完全達到自動化。 正是因為這樣的優(yōu)點，PSA技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)發(fā)展迅速并相當成熟。 變壓吸附發(fā)展史變壓吸附發(fā)展史變壓吸附空分制氧始創(chuàng)于20世紀60年代初，并于70年代實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在此之前,傳統(tǒng)的工業(yè)空分裝置大部分采用深冷精餾法(簡稱深冷法) 。80年代以來至今高吸附分離性能的沸石分子篩的相繼開發(fā)利用和工藝

2、流程的改進，使得變壓吸附空分技術(shù)得到迅速地發(fā)展，與深冷空分裝置相比，PSA過程具有啟動時間短和開停車方便、能耗較小和運行成本低、自動化程度高和維護簡單、占地面積小和土建費用低等特點。在不需要高純氧的中小規(guī)模(小于100噸/天，相當于3000Nm3/h )氧氣生產(chǎn)中比深冷法更具有競爭力。廣泛的應(yīng)用于電爐煉鋼、有色金屬冶煉、玻璃加工、甲醇生產(chǎn)、碳黑生產(chǎn)、化肥造氣、化學氧化過程、紙漿漂白、污水處理、生物發(fā)酵、水產(chǎn)養(yǎng)殖、醫(yī)療和軍事等諸多領(lǐng)域 四十多年來變壓吸附空分制氧技術(shù)的研究進展主要表現(xiàn)在兩個方面:一是空分制氧吸附劑和其吸附理論的研究方面，二是空分制氧工藝循環(huán)過程的研究方面。國內(nèi)對這項技術(shù)的研究盡管

3、起步較早，然而在較長的一段時間內(nèi)發(fā)展相對較緩。但是近幾年各種流程的設(shè)備相繼投產(chǎn)為各行各業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。 一、變壓吸附工藝基本知識一、變壓吸附工藝基本知識變壓吸附的主要任務(wù)及其基本原理變壓吸附的主要任務(wù)及其基本原理變壓吸附變壓吸附（pressure swing absorption）的主要任務(wù)的主要任務(wù):(1) 分離提純氫氣分離提純氫氣; (2) 為加氫改質(zhì)裝置及聚丙烯裝置提供氫氣為加氫改質(zhì)裝置及聚丙烯裝置提供氫氣; (3) 連續(xù)重整裝置開車用氫連續(xù)重整裝置開車用氫變壓吸附的基本原理變壓吸附的基本原理:2 原理 2.1先看吸附，當兩種相態(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

4、的物質(zhì)表面被富集的現(xiàn)象和過程。 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)稱為吸附質(zhì)。 吸附按其性質(zhì)的不同可分為四大類，即：化學吸附、活性吸附、毛細管凝縮、物理吸附。本次學習的變壓吸附主要就是物理吸附。 氣 相固固 相相氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ) 被吸附的氣體分子在固體表面上形成的吸附層，稱為吸附被吸附的氣體分子在固體表面上形成的吸附層，稱為吸附相。吸附相的密度比一般氣體的密度大得多，有可能接近相。吸附相的密度比一般氣體的密度大得多，有可能接近液體密度。當氣體是混合物時，由于固體表面對不同氣體液體密度。當氣體是混合物時，由于固體表面對不同氣體

5、分子的壓力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種分子的壓力差異，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)離技術(shù)的基礎(chǔ)?；瘜W吸附與物理吸附化學吸附與物理吸附 化學吸附：化學吸附：即吸附過程伴隨有化學反應(yīng)的吸附。在化學吸附中，吸即吸附過程伴隨有化學反應(yīng)的吸附。在化學吸附中，吸附質(zhì)分子和吸附劑表面將發(fā)生反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近附質(zhì)分子和吸附劑表面將發(fā)生反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近化學反應(yīng)熱?；瘜W吸附需要一定的活化能才能進行。通常條件下，化學反應(yīng)熱?；瘜W吸附需要一定的活化能才能進行。

6、通常條件下，化學吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，化學吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯都是化學吸附。沸石吸附乙烯都是化學吸附。物理吸附：物理吸附：也稱范德華（也稱范德華（van dervan der WaaisWaais） 吸附，它是由吸附質(zhì)分吸附，它是由吸附質(zhì)分子和吸附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。子和吸附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。由于固體表面的分子與其內(nèi)部分子不同，存在剩余的表面自由力場由于固體表面的分子與其內(nèi)部分子不同，存在剩余的表面自由力場，當氣體分子碰到固體表面時，其中一部分就被吸附，并

7、釋放出吸，當氣體分子碰到固體表面時，其中一部分就被吸附，并釋放出吸附熱。在被吸附的分子中，只有當其熱運動的動能足以克服吸附劑附熱。在被吸附的分子中，只有當其熱運動的動能足以克服吸附劑引力場的位能時才能重新回到氣相，所以在與氣體接觸的固體表面引力場的位能時才能重新回到氣相，所以在與氣體接觸的固體表面上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力所引起的吸附上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力所引起的吸附，其吸附熱較低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸速度，其吸附熱較低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸速度也都較快。被吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來，所以物理也都較快。被

8、吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來，所以物理吸附是可逆的。物理吸附通常分為吸附是可逆的。物理吸附通常分為變溫吸附變溫吸附和變壓吸附。和變壓吸附。 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）進行的吸附。其特點是：吸附過程中沒有化學反應(yīng)，吸附過程進行的極快，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。 2.2 2.2 吸附平衡吸附平衡 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)在兩相中的分布達到平衡的過程。這個過程為動態(tài)平衡，對于相同的吸附劑和吸附質(zhì)，其平衡吸附容量是一個定值，這個量主要受壓力與溫度影響。溫度、壓力對吸附過程的影響

9、溫度、壓力對吸附過程的影響 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)的分壓上升而增加；上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；度上升而減少；因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。反之，提高溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。反之，提高溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。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，因而壓力越高平衡吸附容量也就越大；由于溫度越高氣體分子的

10、動能越大，能被吸附劑表面分子引力束縛的分子就越少，因而溫度越高平衡吸附容量也就越小。 從上圖的BA和CD可以看出：在溫度一定時，隨著壓力的升高吸附容量逐漸增大；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容量逐漸減小。一般吸附在常溫狀態(tài)下吸附，視作等溫。圖一 不同溫度下的吸附等溫線 變壓吸附工作基本步驟變壓吸附工作基本步驟對于變壓吸附循環(huán)過程，有三個基本工作步驟：對于變壓吸附循環(huán)過程，有三個基本工作步驟：1 1壓力下吸附壓力下吸附 吸附床在過程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中吸附床在過程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中強吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸

11、附床的另一強吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸附床的另一端流出。端流出。2 2減壓解吸減壓解吸 根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或置換。壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或置換。3 3升壓升壓 吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對吸附床進行充壓吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對吸附床進行充壓 ，直，直到吸附壓力為止。接著又在壓力下進行吸附。到吸附壓力為止。接著又在壓力下進行吸附。吸

12、附劑的種類吸附劑的種類 工業(yè)上常用的吸附劑有：工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另硅膠、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。外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。 硅膠：硅膠：堅硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硅酸聚合物顆粒，親水性極性吸附堅硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)硅酸聚合物顆粒，親水性極性吸附劑。硫酸劑。硫酸+ +硅酸鈉的水溶液硅酸鈉的水溶液+ +水洗水洗+ +干燥干燥= =玻璃狀的硅膠用于干燥玻璃狀的硅膠用于干燥 活性氧化鋁：活性氧化鋁：鋁的水合物加熱脫水制成，對微量水深度干燥鋁的水合物加熱脫水制成，對微量水深度干燥活性炭：

13、活性炭：木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成。水處理、脫木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成。水處理、脫色、氣體吸附等干燥色、氣體吸附等干燥沸石分子篩：沸石分子篩：均勻的孔徑，有均勻的孔徑，有4 4?？讖椒惺晌郊淄?、乙烷，而不吸埃孔徑沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個碳以上的正烷烴。氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴附三個碳以上的正烷烴。氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。的分離。碳分子篩：碳分子篩：微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi) 吸附劑相關(guān)知識吸附劑相關(guān)知識PSA吸附劑： PSA工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活

14、性炭、分子篩等，另外還有針對某組分選擇性吸附而研制的特殊吸附材料。吸附劑對各種氣體組分的吸附性能是通過實驗測定靜態(tài)下的等溫吸附線和動態(tài)下的穿透曲線來評價的。 分離對象分離對象 硅膠硅膠活性炭活性炭分子篩分子篩從氣體混合物除去水分從氣體混合物除去水分天然氣凈化天然氣凈化空氣凈化空氣凈化 空氣分離制取氧和氮空氣分離制取氧和氮 從氫中除去二氧化碳從氫中除去二氧化碳 從氫中除甲烷、一氧化從氫中除甲烷、一氧化碳、氨碳、氨從氫中除去烴類從氫中除去烴類 合成氣凈化合成氣凈化 從甲烷中除去其它烴從甲烷中除去其它烴類類 從瓦斯氣中回收甲烷從瓦斯氣中回收甲烷 從石灰窯氣中分離二氧從石灰窯氣中分離二氧化碳化碳從煉鋼

15、轉(zhuǎn)爐煤氣中分離從煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣中分離一氧化碳一氧化碳變壓吸附分離氣體混合物所采用的常用吸附劑變壓吸附分離氣體混合物所采用的常用吸附劑 吸附劑的物理性質(zhì)吸附劑的物理性質(zhì)孔容（孔容（VPVP）：）：吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附吸附劑中微孔的容積稱為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來表示劑中吸附劑微孔的容積來表示(cm(cm3 3/g)./g).孔容是吸附劑的有效體積，孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體它是用飽和吸附量推算出來的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積（積，所以孔容以大為好。吸附劑

16、的孔體積（VkVk）不一定等于孔容（）不一定等于孔容（VPVP），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以VPVP中不包括粗孔。而中不包括粗孔。而VkVk中包括了所有孔的體積，一般要比中包括了所有孔的體積，一般要比VPVP大。大。比表面積：比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m m2 2/g/g。吸附劑表面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是吸附劑表面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。 吸附劑的物理性質(zhì)吸附劑的物

17、理性質(zhì)孔徑與孔徑分布：孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。直徑在數(shù)埃至數(shù)十埃的孔稱為細孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱相同。直徑在數(shù)埃至數(shù)十埃的孔稱為細孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱為粗孔?？讖椒植际潜硎究讖酱笮∨c之對應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來為粗孔?？讖椒植际潜硎究讖酱笮∨c之對應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來表征吸附劑的孔特性。表征吸附劑的孔特性。 表觀重度：表觀重度：又稱視重度。又稱視重度。D/ VlD/ Vl，Vl= Vg+ VkVl= Vg+ Vk， VgVg固體骨架的體固體骨架的體積，積， VkVk孔體積，孔體積，D D本身重量本

18、身重量真實重度（真實重度（dgdg）：）：又稱真重度或吸附劑固體的重度，又稱真重度或吸附劑固體的重度，D/VgD/Vg堆積重度（堆積重度（dbdb）：）：又稱填充重度，即單位體積內(nèi)所填充的吸附劑重量又稱填充重度，即單位體積內(nèi)所填充的吸附劑重量?？紫堵剩嚎紫堵剩杭次筋w粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。即吸附顆粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。 空隙率：空隙率：即吸附顆粒之間的空隙與整個吸附劑堆積體積之比。即吸附顆粒之間的空隙與整個吸附劑堆積體積之比。 吸附劑的物理性質(zhì)下圖為不同組分在分子篩上的吸附強弱大致順序 組分 吸附能力 氦氣 弱弱 氫氣 氧氣 氬氣 氮氣 一氧化碳 甲烷 二氧化碳 乙烷 乙烯 丙烷

19、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 強強 不同的氣體，要選擇合適的吸附劑。a.a.降壓：降壓：吸附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接吸附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接近大氣壓，這時一部分吸附組分解吸出來。這個方法操作簡單，近大氣壓，這時一部分吸附組分解吸出來。這個方法操作簡單，單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。b.b.抽真空：抽真空：吸附床降到大氣壓以后，為了進一步減少吸附組分的吸附床降到大氣壓以后，為了進一步減少吸附組分的分壓，可用抽真空的方法來降低吸附床壓力，以得到更好的再

20、生分壓，可用抽真空的方法來降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果，但此法增加了動力消耗。效果，但此法增加了動力消耗。c.c.沖洗：沖洗：利用弱吸附組分或者其它適當?shù)臍怏w通過需再生的吸附利用弱吸附組分或者其它適當?shù)臍怏w通過需再生的吸附床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過而下降。吸附劑的再生程度床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過而下降。吸附劑的再生程度取決于沖洗氣的用量和純度。取決于沖洗氣的用量和純度。d.d.置換：置換：用一種吸附能力較強的氣體把原先被吸附的組分從吸附用一種吸附能力較強的氣體把原先被吸附的組分從吸附劑上置換出來。這種方法常用于產(chǎn)品組分吸附能力較強而雜質(zhì)組劑上置換出來。這種方法常用于產(chǎn)品組

21、分吸附能力較強而雜質(zhì)組分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場合。分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場合。吸附劑的再生方法吸附劑的再生方法氣體流速，油和水對吸附劑的影響氣體流速，油和水對吸附劑的影響氣體流速氣體流速油油水水導致吸附劑懸浮導致吸附劑懸浮時，則磨損加劇時，則磨損加劇，造成吸附劑破，造成吸附劑破碎碎 油性物質(zhì)會粘附在油性物質(zhì)會粘附在吸附顆粒的外表面吸附顆粒的外表面，堵塞吸附劑內(nèi)的，堵塞吸附劑內(nèi)的通道，使吸附劑失通道，使吸附劑失去吸附能力去吸附能力 使水大量帶入吸附使水大量帶入吸附塔會導致吸附劑性塔會導致吸附劑性能下降甚至失效能下降甚至失效 溫度溫度150150以上的以上的惰性氣體循環(huán)通入惰性氣體循環(huán)通入

22、不可恢復不可恢復 吸附劑的良好吸附性能是吸附劑分離過程的基本條件。選擇吸附劑時應(yīng)注意以下問題。（1）吸附劑對雜質(zhì)應(yīng)有較大吸附量，同時被吸附的雜質(zhì)易于解吸，從而在短周期內(nèi)達到吸附、解吸間的平衡，確保分離提純。（2）組分間的分離系數(shù)分離系數(shù)盡可能大。氣體組分的分離系數(shù)越大，分離越容易，得到的產(chǎn)品純度越高，同時回收率也高。（3）使用的吸附劑應(yīng)有足夠的強度，以減少破碎和磨損。（4）分離組分復雜、類別較多的氣體混合物，可選用多種吸附劑，這些吸附劑可按吸附分離性能依次分層裝填在同一吸附床內(nèi)，也可分別裝填在多個吸附床內(nèi)。 變壓吸附（變壓吸附（PSAPSA）大致過程）大致過程 根據(jù)變壓吸附的原理，在工業(yè)變壓吸

23、附(PSA)工藝中，吸附劑通常都是在常溫和較高壓力下，將混合氣體中的易吸附組分吸附，不易吸附的組分從床層的一端流出， 然后降低吸附劑床層的壓力， 使被吸附的組分脫附出來，從 床層的另一端排出，從而實現(xiàn) 了氣體的分離與凈化，同時也 使吸附劑得到了再生。吸附床層 吸附床層怎樣實現(xiàn)吸附分離的呢？“頂出去”理論，容易被吸附的“頂”出 不容易被吸附的。 為了使吸附劑再生比較徹底，選擇沖洗與抽空為了使吸附劑再生比較徹底，選擇沖洗與抽空 在變壓吸附(PSA)工藝中，吸附床層壓力即使降至常壓，被吸附的雜質(zhì)也不能完全解吸，這時可采用兩種方法使吸附劑完全再生：一種是用產(chǎn)品氣對床層進行“沖洗”，將較難解吸的雜質(zhì)沖洗

24、下來，其優(yōu)點是常壓下即可完成，但缺點是會多損失部分產(chǎn)品氣；另一種是利用抽真空的辦法進行再生，使較難解吸的雜質(zhì)在負壓下強行解吸下來，這就是通常所說的真空變壓吸附(VPSA)。VPSA工藝的優(yōu)點是再生效果好，產(chǎn)品收率高，但缺點是需要增加真空泵。在實際應(yīng)用過程中，究竟采用以上何種工藝，主要視原料氣的組成條件、流量、產(chǎn)品要求以及工廠的資金和場地等情況而決定。5.2 5.2 吸附分離流程的主要工序吸附分離流程的主要工序吸附工序-在常溫、吸附壓力下吸附雜質(zhì)，出產(chǎn)品。減壓工序-通過一次或多次的均壓降壓過程，將床層死空間氫氣回收。順放工序-通過順向減壓過程獲得沖洗再生氣源。逆放工序-逆著吸附方向減壓使吸附劑獲

25、得部分再生沖洗工序-用其它塔順放出的氫氣沖洗吸附床，降低雜質(zhì)分壓，使吸附劑完成最終的再生，沖洗時間越長越好抽真空過程-逆放結(jié)束后，為使吸附劑得到徹底的再生，通過抽真空進一步降低雜質(zhì)組分的分壓，使吸附劑得以徹底再生。升壓工序-通過一次或多次的均壓升壓和產(chǎn)品氣升壓過程使吸附塔壓力升至吸附壓力，為下一次吸附作好準備5.3 流程簡述（1） 變壓吸附部分(10-2-6VPSA工序） （本裝置變壓吸附部分流程由10臺吸附塔和4臺緩沖罐，3臺真空泵、2臺壓縮機組成。變壓吸附部分采用10-2-6VPSA工藝流程，即：裝置的十個吸附塔中有一個吸附塔始終處于同時進料吸附的狀態(tài)。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續(xù)六次

26、均壓降壓、沖洗、抽真空，連續(xù)六次均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。 a 吸附過程 壓力為2.4MPa(g)左右，溫度40的重整氣及脫硫后低分氣的混合原料氣自裝置外來，原料氣經(jīng)緩沖分液后自塔底進入正處于吸附狀態(tài)的吸附塔（有2個吸附塔處于吸附狀態(tài)）內(nèi)。在多種吸附劑的依次選擇吸附下，其中的H2O、CH4、和烴類等雜質(zhì)被吸附下來，未被吸附的氫氣作為產(chǎn)品從塔頂流出，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后送出界區(qū)去后工段。其中H2純度大于99.9%，壓力大于2.4MPa。當被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達床層出口預留段某一位置時，關(guān)掉該吸附塔的原料氣進料閥和產(chǎn)品氣出口閥，停止吸附。吸附床開始轉(zhuǎn)入再生過程。 b 均

27、壓降壓過程 這是在吸附過程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氫氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，該過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了六次連續(xù)的均壓降壓過程，因而可保證氫氣的充分回收。：一均降（E1D）、二均降（E2D）、三均降（E3D）和四均降（E4D）。五均降（E5D）。六均降（E6D）。c 逆放過程 在均壓降壓過程結(jié)束后，吸附前沿已達到床層出口。這時，逆著吸附方向?qū)⑽剿毫抵两咏?，此時被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中大量解吸出來，逆放解吸氣經(jīng)過自適應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后平緩地放進逆放解吸氣緩沖罐，然后再經(jīng)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后送解吸氣混合罐。 d 抽真空過

28、程 逆放結(jié)束后，為使吸附劑得到徹底的再生，通過抽真空進一步降低雜質(zhì)組分的分壓，使吸附劑得以徹底再生。真空解吸氣進入解吸氣混合罐，在解吸氣混合罐中與逆放解吸氣混合后再送去解吸氣壓縮機壓縮至0.5 MPa(g)后，送至燃氣管網(wǎng)。f 均壓升壓過程 在真空再生過程完成后，用來自其它吸附塔的較高壓力氫氣依次對該吸附塔進行升壓，這一過程與均壓降壓過程相對應(yīng)，不僅是升壓過程，而且更是回收其它塔的床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了連續(xù)六次均壓升壓過程。g 產(chǎn)品氣升壓過程 在六次均壓升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過程中不發(fā)生波動，需要通過升壓調(diào)節(jié)閥緩慢而平穩(wěn)地用產(chǎn)品

29、氫氣將吸附塔壓力升至吸附壓力經(jīng)這一過程后吸附塔便完成了一個完整的“吸附-再生”循環(huán)，又為下一次吸附做好了準備。十個吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作(有一個吸附塔處于吸附狀態(tài))即可實現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。（2） 高純氫部分(4-1-2 PSA工藝流程） 高純氫部分由4臺吸附塔、3臺緩沖罐、2臺壓縮機組成，采用4-1-2 PSA工藝流程，即：裝置的四個吸附塔中有一個吸附塔始終處于同時進料吸附的狀態(tài)。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續(xù)二次均壓降壓、順放、沖洗、連續(xù)二次均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。 a 吸附過程 來自原PSA制氫裝置的壓力為2.3MPa(g)左右，溫度40的氫氣，自塔底進入正處

30、于吸附狀態(tài)的吸附塔（同時有1個吸附塔處于吸附狀態(tài)）內(nèi)。在吸附劑的依次選擇吸附下，其中的CO2、CO、H2O等雜質(zhì)被吸附下來，未被吸附的氫氣作為產(chǎn)品從塔頂流出，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)壓后送出界區(qū)去后工段。其中CO含量低于0.03PPm，壓力大于2.2MPa。當被吸附雜質(zhì)的傳質(zhì)區(qū)前沿(稱為吸附前沿)到達床層出口預留段某一位置時，關(guān)掉該吸附塔的原料氣進料閥和產(chǎn)品氣出口閥，停止吸附。吸附床開始轉(zhuǎn)入再生過程。b 均壓降壓過程 這是在吸附過程結(jié)束后，順著吸附方向?qū)⑺?nèi)的較高壓力的氫氣放入其它已完成再生的較低壓力吸附塔的過程，該過程不僅是降壓過程，更是回收床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了二次連續(xù)的均壓降壓過程

31、，因而可保證氫氣的充分回收。c 順放過程 這是在吸附結(jié)束后，首先順著吸附方向?qū)⑽剿敳康漠a(chǎn)品氫氣迅速回收進順放氣緩沖罐的過程，這部分氫氣將用作吸附劑的再生氣源。 d 逆放過程 在順放過程結(jié)束后，吸附前沿已達到床層出口。這時，逆著吸附方向?qū)⑽剿毫抵两咏?，此時被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中大量解吸出來，逆放解吸氣放入原PSA制氫裝置解吸氣系統(tǒng)。e 沖洗過程 逆放結(jié)束后，為使吸附劑得到徹底的再生，用順放氣緩沖罐中的氫氣逆著吸附方向?qū)ξ酱矊舆M行沖洗，進一步降低雜質(zhì)組分的分壓，使吸附劑得以徹底再生。沖洗解吸氣放入原PSA制氫裝置解吸氣系統(tǒng)。 f 均壓升壓過程 在沖洗再生過程完成后，用來自其它吸

32、附塔的較高壓力氫氣依次對該吸附塔進行升壓，這一過程與均壓降壓過程相對應(yīng)，不僅是升壓過程，而且更是回收其它塔的床層死空間氫氣的過程，本流程共包括了連續(xù)二次均壓升壓過程。g 產(chǎn)品氣升壓過程 在二次均壓升壓過程完成后，為了使吸附塔可以平穩(wěn)地切換至下一次吸附并保證產(chǎn)品純度在這一過程中不發(fā)生波動，需要通過產(chǎn)品氫氣將吸附塔壓力緩慢升至吸附壓力。經(jīng)這一過程后吸附塔便完成了一個完整的“吸附-再生”循環(huán)，又為下一次吸附做好了準備。四個吸附塔交替進行以上的吸附、再生操作(始終有一個吸附塔處于吸附狀態(tài))即可實現(xiàn)氣體的連續(xù)分離與提純。（3 3）工藝步序說明）工藝步序說明 以10-2-6V PSA工藝（處理H2量300

33、00Nm3/h）來說，裝置的十個吸附塔中有一個吸附塔始終處于同時進料吸附的狀態(tài)。其吸附和再生工藝過程由吸附、連續(xù)六次均壓降壓、沖洗、抽真空，連續(xù)六次均壓升壓和產(chǎn)品最終升壓等步驟組成。（4 4）具體步序描述具體步序描述步序步序1 1：吸附：吸附(A) (A) 原料氣經(jīng)吸附吸附程控閥進入PSA吸附塔，其中除H2以外的雜質(zhì)組份被吸附塔中裝填的多種吸附劑依次吸附，得到純度很高的產(chǎn)品氫氣經(jīng)程控閥排出。 大部分氫氣經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥穩(wěn)壓后送出界區(qū)，少部分氫氣通過相應(yīng)的程控閥后用于其它塔的產(chǎn)品氣升壓。 隨著吸附的進行，當雜質(zhì)的前鋒(即吸附前沿)上升至接近于吸附床出口時，關(guān)閉程控閥停止吸附。這時，吸附前沿與吸附床出

34、口間還留有一段未吸附飽和的吸附劑，稱為預留段。步序步序2 2：一均降壓：一均降壓(E1D)(E1D) 在吸附過程完成后，打開一均降程控閥，將塔內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了二均升的另一塔（如B塔），直到A、B兩塔的壓力基本相等為止。這一過程不僅是降壓過程，而且也回收了A塔床層死空間內(nèi)的氫氣。在這一過程中A塔的吸附前沿將繼續(xù)向前推移，但仍未達到出口。步序步序3 3：二均降壓：二均降壓(E2D) (E2D) 步序步序4 4：三均降壓：三均降壓(E3D) (E3D) 步序步序5 5：四均降壓：四均降壓(E4D)(E4D) 步序步序6 6：五均降壓：五均降壓(ED)(ED)步序步序7 7：六均降壓：六均

35、降壓(E6D)(E6D)步序步序8 8：逆放：逆放(D)(D)在完成連續(xù)順放減壓過程后，A塔的吸附前沿已基本達到床層出口。這時打開逆放程控閥，逆著吸附方向?qū)塔壓力降至接近于常壓，此時被吸附的雜質(zhì)開始從吸附劑中解吸出來。逆放解吸氣放入逆放氣緩沖罐。 步序步序9 9：抽真空（：抽真空（V V）沖洗結(jié)束，打開相應(yīng)的抽空程控閥門，把A塔內(nèi)的雜質(zhì)徹底抽出，讓塔內(nèi)的吸附劑完全得到再生。T很長。步序步序1010：六均升壓：六均升壓(E6R)(E6R)在抽真空完成后，打開六均升程控閥門，將另一塔（如J塔）內(nèi)較高壓力的氫氣放入剛完成了抽空的A塔，直到A、J兩塔的壓力基本相等為止。這一過程不僅是升壓過程，而且也

36、回收了J塔床層死空間內(nèi)的氫氣。步序步序1111：五均升壓：五均升壓(E5R) (E5R) 步序步序1212：四均升壓：四均升壓(E4R)(E4R)步序步序1313：三均升壓：三均升壓(E3R) (E3R) 步序步序1414：二均升壓：二均升壓(E2R)(E2R)步序步序1515：一均升壓：一均升壓(E1R)(E1R)步序步序1616：產(chǎn)品氣升壓過程：產(chǎn)品氣升壓過程( (終充終充FR)FR)通過六次均壓升壓過程后，吸附塔壓力已升至接近于吸附壓力。這時打開終充程控閥，用產(chǎn)品氫氣將A塔壓力升至吸附壓力。經(jīng)這一過程后，吸附塔便完成了整個再生過程，為下一次吸附做好了準備。這就完成一個塔（A塔）分周期吸附

37、，進入下一個分周期。 從工藝步序可以看到： PSAPSA氫提純部分的氫提純部分的1010臺吸臺吸附塔的工藝步序是完全相同的附塔的工藝步序是完全相同的，只是在各步序的運行時間上依次為一個固定時間(與吸附時間有關(guān)），這樣就實現(xiàn)了始終有兩塔處于吸附狀態(tài)，其余八塔分別處于不同的再生狀態(tài)，保證了原料氣的連續(xù)分離與提純。 對于操作而言，要記住的是每一個程控閥門的功能，和吸附塔的工作順序，這樣就能在裝置故障時迅速判斷出故障的位置。 這就是PSA10-2-6的整個工藝流程。 這個工藝通過自控系統(tǒng)，還可以切換成如下表的其它流程，如9塔、8塔、5塔等的工藝流程，切塔后換成其他的工藝流程，氫氣回收率就會受到影響。6 6 裝置的運行裝置的運行 變壓吸附氫提純裝置在正常運行過程中的操作是非常少的，幾乎所有的調(diào)節(jié)均由計算機自動完成，操作人員只需注意產(chǎn)品純度是否在最佳范圍，和裝置是否有報警可。 6.1 產(chǎn)品純度的調(diào)整產(chǎn)品純度的調(diào)整 變壓吸附工藝具