高等分離工程08吸附分離技術(shù)課件

1、吸附分離技術(shù)及其應(yīng)用吸附分離技術(shù)及其應(yīng)用 概述概述 吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑 吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率 吸附分離過程和設(shè)備吸附分離過程和設(shè)備 變壓吸附分離過程變壓吸附分離過程 變溫吸附分離過程變溫吸附分離過程.主要參考書： 馮孝庭主編，吸附分離技術(shù)， 化學工業(yè)出版社 葉振華主編，化工吸附分離過程 中國石化出版社 戰(zhàn)樹麟， 石油化工分離工程 石油工業(yè)出版社 部分中外文文獻. 吸附分離是一門古老的學科。 人類對吸附的認識和應(yīng)用可以追溯到2000年以前遠古時代, 在馬王堆古墓出土文物中人們就發(fā)現(xiàn)古人用木炭來防水吸潮。說明當時人們已經(jīng)了解到木炭具有很強的吸附作用。 50年代以前，吸

2、附劑種類少（活性炭，硅藻土和酸性白土），且吸附性能差，人們對吸附的知識還停留在直接開發(fā)使用上，應(yīng)用葉只限于脫色，脫臭和防潮用，吸附分離技術(shù)一直以輔助的作用出現(xiàn)在化工單元操作中。 化工吸附分離成為大型工業(yè)的生產(chǎn)工藝和過程和完整的單元操作過程，是在60年代迅速發(fā)展起來的概概 述述. 60年代，合成固體吸附劑材料有了新的發(fā)展，新型吸附劑的開發(fā)為吸附分離技術(shù)的進一步應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 首先,美國Mobile公司發(fā)明了合成沸石分子篩（A,X,Y,絲光沸石等等）, 它對空氣中的氮具有優(yōu)先吸附的特征, 因此被用于開發(fā)、分離空氣制氧的工藝過程 活性炭吸附劑性能不斷得到改善，制備了活性炭纖維和炭分子篩，一些大孔吸

3、附樹脂也不斷開發(fā)出來。 Skarstrom 發(fā)明吸附循環(huán)分離技術(shù)。使吸附分離成為一種連續(xù)單元操作過程， 經(jīng)過一系列的改進和完善, 變壓吸附技術(shù)用于大規(guī)模氣體分離場合的成功開發(fā), 在吸附領(lǐng)域取得突破性的進展, 使吸附分離技術(shù)成為化學工業(yè)和石油化學工業(yè)中重要的氣體分離和凈化過程, 奠定了吸附分離技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的重要地位。概概 述述.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑吸附現(xiàn)象： 吸附是一個表面?zhèn)鬟f過程，當氣體或液體分子與多孔固體表面相接觸時，由于固體表面與氣體分子或液體分子之間作用力大于分子之間作用力時，氣體或液體分子會積聚在固體表面，這種現(xiàn)象稱為吸附 。吸附的逆過程為脫附過程。吸附過程：固體表面吸

4、附質(zhì)濃度隨時間增大而增加的過程 脫附過程：固體表面吸附質(zhì)濃度隨時間增大而減小的過程 。 .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑固體表面對氣體和液體有吸附能力，具有吸附能力的固體材料稱為吸附劑，被吸附物質(zhì)為吸附質(zhì)， 通常吸附只發(fā)生在吸附劑表面局部位置，這樣的位置稱為吸附中心或吸附位。 吸附平衡：吸附過程進行的速率和脫附過程進行速率相等時，固體表面吸附質(zhì)的濃度不再隨時間而變化，這種狀態(tài)為吸附平衡狀態(tài) 。吸附速率和吸附平衡的狀態(tài)與吸附溫度和吸附壓力有關(guān)，在恒定溫度下進行的吸附為等溫吸附，恒定壓力下進行的吸附為等壓吸附。描述它們的曲線稱為吸附等溫線和吸附等壓線。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑吸附分類：

5、物理吸附、化學吸附（作用力不同） 物理吸附: 分子間力，作用力弱，可逆，可作為凝聚。 化學吸附:化學鍵力，作用力強，不可逆吸附。相當于化學反應(yīng)。化學吸附在催化過程中起重要作用，在混合物吸附分離過程中，多數(shù)的吸附分離過程屬于物理吸附。 物理吸附和化學吸附的作用力不同，在吸附熱，吸附速率，吸附活化能、選擇性等方面表現(xiàn)出明顯的差異。 .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑物理吸附和化學吸附物理吸附化學吸附吸附熱(kJ/mol)吸附質(zhì)吸附速率活化能溫度選擇性吸附層數(shù)可逆性4-40處于臨界溫度以下所有氣體不需活化，擴散控制，速率快約等于凝聚熱接近氣體沸點無選擇性多層吸附可逆40-200化學活性蒸汽須活化，克

6、服能壘，速率慢化學反應(yīng)熱高于氣體沸點有，與吸附質(zhì)和吸附劑特性有關(guān)單層吸附可逆或不可逆出現(xiàn)新的特征吸收峰 .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑物理吸附、化學吸附判斷： 根據(jù)吸附熱大小化學吸附熱大，H2(62.8 kJ/mol)， CO2(83.7 kJ/mol)；物理吸附熱小，H2(8.37 kJ/mol)， CO2(25.12 kJ/mol)； 看吸附是不是有高度專屬性，化學吸附有專屬性和高度選擇性，只對特定氣體吸附；物理吸附則沒有，對氣體均有吸附性，只是吸附量大小問題。 看吸附速率和吸附量受溫度影響規(guī)律，化學吸附速率隨溫度升高而加快，而且吸附量增加；物理吸附速率受溫度影響小，吸附量隨溫度增加而

7、降低。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑吸附分離:利用混合物中各個組分在吸附劑固體表面吸附能力差異來進行分離的操作。吸附分離原理：A 選擇性吸附B 分子篩效應(yīng)C 利用微孔擴散性質(zhì)進行分離D 微孔中的凝聚.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑選擇性吸附，由于固體吸附劑表面和氣體分子之間性質(zhì)的差異造成同一吸附劑對不同吸附質(zhì)分子吸附能力的差異，有的組分吸附能力強，有的組分吸附能力弱, 直接利用吸附能力大小差異進行分離的吸附為選擇性吸附。工業(yè)上分離過程大都屬于這種分離原理。分子篩效應(yīng)，固體吸附劑是多孔材料，如果吸附劑的孔徑大小均一，并且與吸附質(zhì)分子尺寸大小相當，當分子尺寸小于孔徑時，分子可進入吸附劑被吸附

8、，而比孔徑大的吸附質(zhì)分子被排斥在外，利用分子大小進行的吸附分離的原理為分子篩分。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑利用微孔擴散性質(zhì)進行分離:氣體在多孔固體中擴散速率與氣體性質(zhì)，吸附劑性質(zhì)，以及孔徑大小有關(guān)，利用擴散速率的差別可以將混合物進行分離，例如空氣中氧和氮在碳分子篩上的平衡吸附量大體相當，且兩種分子大小都小于碳分子篩的孔徑，但氧分子的動力學直徑要小于氮分子的動力學直徑，引而氧能以較快的速度進入分子篩孔隙被吸附，氮的速率則相對較慢，兩組分得到分離。微孔中的凝聚:多孔固體周圍的可凝氣體在與其孔徑對應(yīng)壓力下在附近吸附劑微孔中凝聚，利用活性炭吸附工業(yè)中工業(yè)廢氣中有機物屬于微孔凝聚。 .吸附原理和

9、吸附劑吸附原理和吸附劑吸附劑及其性能在吸附分離中起關(guān)鍵作用：吸附劑條件： 多孔，比表面積大，對吸附質(zhì)有較高的吸附能力，在這主要指內(nèi)表面，外表面一般沒有吸附能力 有高的選擇性，對不同吸附質(zhì)要有選擇性的吸附作用 能再生和使用次數(shù)多 有足夠的機械強度 化學性質(zhì)穩(wěn)定 價格合理.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑表1 吸附劑種類 碳吸附劑 礦物吸附劑 其他吸附劑 活性炭 多孔性SiO2 合成聚合物 活性炭纖維 活性氧化鋁 微生物菌體 碳分子篩 金屬氧化物 高分子絮凝劑 含碳納米材料 有機粘土 無機納米材料 金屬的氫氧化物 微孔和中孔性金屬有機材料 沸石 混合型吸附劑 膨潤土 螯合纖維 硅藻土 離子交換纖維

10、 海泡石 殼聚糖.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑工業(yè)用主要吸附劑： 活性炭 硅膠 活性氧化鋁 沸石分子篩 碳分子篩 活性碳纖維 聚酰胺 大孔吸附樹脂.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑 活性炭：活性炭： 一種多孔含碳物質(zhì)的顆粒粉末，非極性的，疏水性和親有機物的吸附劑，具有高的比表面積。比表面積500-1000m2/g,孔徑分布寬。 生產(chǎn)主要原料： 含碳物質(zhì)如木材，泥炭，煤，石油焦，果殼，其中煙煤，無煙煤和果殼是主要原料。 制備過程： 原料處理，炭化和活化等步驟組成，不同原料制備過程略有差別。 .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑 活性炭纖維：活性炭纖維： 活性炭纖維(ACF)是近幾十年發(fā)展起來的

11、一種新型吸附劑。它是以粘膠基纖維為原料，經(jīng)高溫碳化活化后制成的纖維狀新型吸附材料。ACF具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)與性能特征，與社會上公認的比較好的吸附材料顆粒狀活性炭（GAC）相比，ACF具有以下顯著的的特點。1、ACF具有微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，孔徑分布狹窄而均勻，且孔呈多分散型分布。2、ACF具有一定量的表面官能團，對各種無機和有機氣體、有機物及重金屬離子等具有較大的吸附量，且吸附脫附快。3、濾阻小 ,是GAC的 1/3；4、對低濃度吸附質(zhì)的吸附能力特別優(yōu)良，。5、ACF可制成纖維束、布、氈等各種形狀。6、ACF強度高，耐破損和撕裂，不會象GAC一樣在操作中形成溝槽和沉降。 .吸附原理和吸附劑吸附原理

12、和吸附劑.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑 活性炭活性炭及及活性炭纖維活性炭纖維是是非極性吸附劑非極性吸附劑，對非，對非極性物質(zhì)具有較強的親和力。極性物質(zhì)具有較強的親和力。吸附規(guī)律：吸附規(guī)律： 芳香族化合物吸附力芳香族化合物吸附力脂肪族化合物脂肪族化合物; ; 分子量大的化合物吸附力分子量大的化合物吸附力分子量小分子量小; ; 水中對溶質(zhì)的吸附力水中對溶質(zhì)的吸附力有機溶劑中對溶質(zhì)有機溶劑中對溶質(zhì)的吸附力。的吸附力。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑 硅膠：硅膠： 一種堅硬無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，親水性的極性吸附劑，孔徑2-20nm，主要用于吸附水和甲醇。工業(yè)上主要用于干燥脫水，最

13、大吸水量可達30%左右，但脫水深度不夠，主要用于初脫水。 制備方法：水玻璃為原料，與無機酸作用，中和沉淀出H2SiO3，經(jīng)老化縮水，成型，洗滌，干燥，焙燒法制備。. 圖1 沉淀法制備硅膠工藝流程示意圖配置溶液中和沉淀老化縮水成 型洗 滌焙 燒過篩包裝成品H2SO4水玻璃 水吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑活性氧化鋁：化學式Al2O3.nH2O,極性吸附劑，主要用于氣體、液體的干燥脫水和碳氫化合物和石油氣的脫硫，用于脫水時，脫水深度高（幾個PPm），吸附水容量不及活性硅膠。制備采用沉淀法，工藝流程和硅膠制備類似。 沉淀分為酸沉淀和堿沉淀，以酸沉淀為主(對原料要求

14、低，成本低) .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑硅膠、氧化鋁：硅膠、氧化鋁：為為極性極性吸附劑。吸附劑。吸附原理：吸附原理： 硅醇基與化合物形成氫鍵硅醇基與化合物形成氫鍵 硅醇基與水形成氫鍵硅醇基與水形成氫鍵 硅膠吸附的水分愈多，吸附其他化合物的能力愈弱。硅膠吸附的水分愈多，吸附其他化合物的能力愈弱。 吸水量超過吸水量超過1717，不能作為吸附劑了。不能作為吸附劑了。 加熱到加熱到100100110110時即可除去水，恢復吸附活力，這一過程時即可除去水，恢復吸附活力，這一過程稱為硅膠的稱為硅膠的活化活化。吸附特點：吸附特點： 對極性物質(zhì)的親和力強于弱極性物質(zhì)。對極性物質(zhì)的親和力強于弱極性物質(zhì)。

15、 溶劑極性弱，吸附劑對溶質(zhì)吸附力強，溶劑極性增強，吸附溶劑極性弱，吸附劑對溶質(zhì)吸附力強，溶劑極性增強，吸附劑對溶質(zhì)吸附力弱。劑對溶質(zhì)吸附力弱。 溶質(zhì)被硅膠、氧化鋁吸附，當加入極性較強的溶劑時，又可溶質(zhì)被硅膠、氧化鋁吸附，當加入極性較強的溶劑時，又可被后者置換洗脫下來被后者置換洗脫下來.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑避免化學吸附避免化學吸附緩解化學吸附：緩解化學吸附：判斷物質(zhì)極性方法：判斷物質(zhì)極性方法： 化合物的極性由分子中官能團的種類、數(shù)目、及排化合物的極性由分子中官能團的種類、數(shù)目、及排列方式等綜合因素決定；列方式等綜合因素決定； 溶劑的極性可根據(jù)介電常數(shù)溶劑的極性可根據(jù)介電常數(shù)()()的

16、大小判斷。的大小判斷。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑沸石分子篩：一種水合結(jié)晶硅酸鹽或硅鋁酸鹽，具有均勻微孔，孔徑與分子大小相當，由于其孔徑可用來篩分大小不同的分子，稱為沸石分子篩、分子篩沸石或分子篩。分子篩有多種類型，但均具有獨特的規(guī)整晶體結(jié)構(gòu)，具有發(fā)達的微孔和較大的比表面積；它表面具有較強的酸中心（部分具有堿中心）種類：A,X,Y,ZSM-5,絲光沸石等 .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑原料混合攪拌成膠成核晶化洗滌分離干燥脫水除模板劑白色粉末離子交換干燥焙燒 圖 2 水熱法制備沸石分子篩過程影響因素：化學組成 硅鋁比 堿度 水量 模板劑量 種類晶化條件

17、 溫度 時間.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑沸石分子篩性能：沸石分子篩性能：吸附物性：具有很高的吸附量和獨特的擇形吸附性 能干燥劑和吸附劑。離子交換性：沸石骨架帶電荷，平衡陽離子可以交 換并產(chǎn)生酸中心或堿中心催化劑?？椎罁裥涡裕嚎捉Y(jié)構(gòu)可裁剪和調(diào)變擇形催化劑。再生性能：吸附劑或催化劑失活后可重現(xiàn)。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑沸石分子篩的應(yīng)用： 主要用于分離和催化，分離領(lǐng)域主要是干燥脫水（干燥劑）和吸附分離（吸附劑）。在催化領(lǐng)域，其本身做催化劑或作為催化劑的載體，主要應(yīng)用與石油煉制與加工、芳烴擇型轉(zhuǎn)化與合成、精細有機化學品合成。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑碳分子篩：碳分子篩： 一種兼

18、具有活性炭和分子篩特性的碳質(zhì)吸附劑，非極性吸附劑，孔徑分布均一，和氣體分子直徑相當（0.3-1nm)，種類： 富氫碳分子篩和富氮碳分子篩，兩者的機理不同，主要用于空氣富氮，氧氮在碳分子篩上的平衡吸附量相近，但吸附擴散速率相差很大，氧吸附擴散速率快，而氮的吸附擴散速率慢，空氣通過碳分子篩時，由于氧的吸附速率快，優(yōu)先進入分子篩孔道被吸附，從而得到富氮產(chǎn)品。富氫碳分子篩主要根據(jù)吸附量的大小進行分離。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑聚酰胺：聚酰胺： 屬于氫鍵吸附，不但適用屬于氫鍵吸附，不但適用極性物質(zhì)極性物質(zhì)也適用于也適用于非極非極性物質(zhì)的分離性物質(zhì)的分離。特別適合。特別適合酚類酚類、醌類醌類、黃酮

19、類黃酮類等的等的分離。分離。 吸附規(guī)律吸附規(guī)律 ：被分離物質(zhì)與聚酰胺形成氫鍵的的數(shù)目越多，吸附被分離物質(zhì)與聚酰胺形成氫鍵的的數(shù)目越多，吸附力越強。力越強。 分子內(nèi)氫鍵：被分離物質(zhì)形成分子內(nèi)氫鍵的吸附分子內(nèi)氫鍵：被分離物質(zhì)形成分子內(nèi)氫鍵的吸附力減弱。力減弱。 芳香程度：分子中芳香程度化高者，吸附力強。芳香程度：分子中芳香程度化高者，吸附力強。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑大孔吸附樹脂：大孔吸附樹脂： 大孔吸附樹脂是一種大孔吸附樹脂是一種沒有可解離基團沒有可解離基團具有具有大孔結(jié)構(gòu)大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附劑。分為的高分子吸附劑。分為非極性非極性與與中等極性中等極性兩類。兩類。 。 吸附原理吸附原理

20、 ： 吸附性吸附性分子篩分子篩原理相結(jié)合的分離材料原理相結(jié)合的分離材料影響規(guī)律：影響規(guī)律： 大孔吸附樹脂的特性、被分離物質(zhì)及溶劑的性質(zhì)均大孔吸附樹脂的特性、被分離物質(zhì)及溶劑的性質(zhì)均影響著分離結(jié)果。具體影響因素如下：影響著分離結(jié)果。具體影響因素如下：.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑 分子極性分子極性 極性大成分極性大成分易被極性樹脂吸附，被分離成分與大孔樹脂易被極性樹脂吸附，被分離成分與大孔樹脂形成氫鍵的基團越多，吸附力越強，極性大的有機溶劑合適形成氫鍵的基團越多，吸附力越強，極性大的有機溶劑合適 。 極性小的成分極性小的成分易被非極性樹脂附，極性小洗脫劑，洗脫易被非極性樹脂附，極性小洗脫劑，

21、洗脫能力強。能力強。 分子體積分子體積 對非極性大孔樹脂而言，化合物體積越大，吸附力越強，這對非極性大孔樹脂而言，化合物體積越大，吸附力越強，這與大體積分子的疏水性有關(guān)。與大體積分子的疏水性有關(guān)。 型號選擇：型號選擇： 分離大分子，大孔的樹脂；分離小分子，小孔的樹脂分離大分子，大孔的樹脂；分離小分子，小孔的樹脂 溶液的溶液的pH pH 酸酸( (堿堿) )性化合物性化合物適當?shù)乃徇m當?shù)乃? (堿堿) )性溶液中吸附；性溶液中吸附； 中性化合物中性化合物中性溶液中可被充分吸附中性溶液中可被充分吸附 洗脫劑洗脫劑 水、醇類、丙酮、乙酸乙酯水、醇類、丙酮、乙酸乙酯等。等。.吸附原理和吸附劑吸附原理和

22、吸附劑 除此之外，還有一些以上述吸附劑為載體的改性吸附劑，在載體上負載一些金屬氧化物，主要用于一些特殊的分離體系，提高吸附劑的吸附容量及選擇性。 .吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑吸附劑性能測試： 各種吸附劑在工業(yè)裝置應(yīng)用前均需對某些物理性能進行測試，在得到有關(guān)參數(shù)后，才能在設(shè)計裝置時得到最佳效果，吸附劑的主要測試指標：密度： （填充密度，顆粒密度，真實密度） 填充密度：又稱堆密度，用測定容器（12L的量筒)，將干吸附劑充實到體積不變時，加入吸附劑與測定容器體積之比。 顆粒密度：單位體積吸附劑顆粒本身的質(zhì)量，用汞置換法測定。 真實密度：表示扣除了細孔體積之后單位體積吸附劑的質(zhì)量，通常用氦、水、

23、有機溶劑置換法測定。.吸附原理和吸附劑吸附原理和吸附劑孔徑及孔徑分布： 吸附劑的孔徑大小及分布，在吸附劑對流體各組分的選擇吸附方面起重要作用，各吸附劑孔徑變化范圍很大，常用平均孔徑表示。測定方法： 氣體吸附法：半徑1-10nm的孔徑分布及細孔體積 壓汞法：測定半徑10nm以上孔比表面積： 表征吸附劑性能重要參數(shù)，測定采用容量法和動態(tài)法吸附量： 評價和選擇吸附劑的重要參數(shù)，分為靜態(tài)吸附量和動態(tài)吸附量.吸附平衡: 一定條件下，當吸附劑和流體混合物相接觸時，流體中吸附質(zhì)被吸附劑吸附，經(jīng)過足夠長的時間，吸附質(zhì)在兩相中的含量達到恒定值，稱為吸附平衡，此時吸附量為平衡吸附量。 描述平衡吸附量和吸附溫度和壓

24、力的關(guān)系稱為吸附曲線，吸附曲線主要有兩種形式，吸附等溫線和吸附等壓線。吸附等溫線：一定溫度下吸附量和壓力的關(guān)系。吸附等壓線：一定壓力下和吸附溫度的關(guān)系。 吸附等溫線最為常用，是描寫吸附過程最常用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率.吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率圖3 五種類型的吸附等溫線.等溫線形式：、朗格繆爾型吸附等溫線 單分子層吸附等溫線，在壓力較低時，吸附量就較大，在相對壓力較大時，有吸附飽和現(xiàn)象，發(fā)生在濃度較低時的吸附和孔徑小于2-3 nm 時的吸附。 、反S型吸附等溫線 完成單分子層吸附后，再形成多分子層吸附的等溫線，發(fā)生在孔徑大于5nm孔吸附，沒有吸附飽和現(xiàn)象。

25、吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率.吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率 、反朗格繆爾型吸附等溫線， 在壓力較低的初始階段，吸附量很低，在高壓下，有較高的吸附能力，沒有吸附飽和現(xiàn)象。同樣屬于多分子層吸附，形式少見。 吸附等溫線 和型相對應(yīng)，在相對壓力高時出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象。 吸附等溫線 和型相對應(yīng)，在相對壓力高時出現(xiàn)吸附飽和現(xiàn)象。 五類吸附等溫線中，第類吸附等溫線最為常見，常見氣體在分子篩，活性氧化鋁，硅膠等吸附劑上的吸附等溫線都為第類吸附等溫線. 在平衡條件下，吸附物質(zhì)的多少可用吸附量表示。氣體在單位重量吸附劑表面上的吸附量V依賴于氣體的性質(zhì)、固體表面的性質(zhì)、吸附平衡的溫度T及吸附質(zhì)平衡壓力

26、p等。當給定了吸附劑、吸附質(zhì)及吸附平衡溫度后，則吸附量V就只是吸附質(zhì)平衡壓力p的函數(shù)；或者給定吸附劑、吸附質(zhì)及吸附平衡的壓力時，則吸附量V就只是吸附平衡溫度T的函數(shù)。表示吸附平衡的狀態(tài)參數(shù) 有 吸 附 量 、 平 衡 溫 度 和 壓 力 。 平 衡 關(guān) 系吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率吸附等溫線方程.可表示為等溫條件下吸附量和壓力間的關(guān)系(吸附等溫線)；等壓條件下吸附量和溫度間的關(guān)系(吸附等壓線或吸附等壓方程)。通常用吸附等溫線來表示吸附平衡關(guān)系。1. 單組分氣體在固體上的吸附平衡(1) 朗繆爾(Langmuir)方程 此方程是最早提出的描述吸附現(xiàn)象的關(guān)系式。該方程是基于假設(shè)固體表面是均

27、勻的，單分子吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率.層吸附，且被吸附分子間無相互作用力而推導出來的。在這些假設(shè)條件下的吸附為理想吸附。以 表示每秒鐘內(nèi)碰撞在單位固體表面上的分子數(shù)；以 表示撞擊的分子中被固體表面吸附的分數(shù)； 表示固體表面被分子覆蓋的分數(shù)；則1- 代表未覆蓋的分數(shù)。代表根據(jù)朗繆爾理論，只有碰撞在固體表面上的分子才被吸附，而碰撞在已經(jīng)吸附的分子上時，則不被吸附。這樣每秒內(nèi)吸附的分子為(1- )。脫附速率與被覆蓋表面的比率 成 正 比 ， 所 以 脫 附 速 率 為 ( 為 =吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率.1時的脫附速率)。在吸附平衡時，吸附速率=脫附速率，即(1-)= 故：由

28、玻爾茲曼(Boltzmann)理論可知：式中，m為相對分子質(zhì)量；k為玻爾茲曼常量；)1( mkT2p (1).T為熱力學溫度；p為氣體壓力。令：帶入式(1)得如以Vm表示表面覆蓋滿時(=1)的吸附量，V表示氣體壓力為p時的吸附量，則表面覆蓋分數(shù)為：故mkT21b (2)bp1bp mVV bp1bpVVm .即：上式即為朗繆爾吸附等溫線方程式。當溫度恒定時，以V對相對壓力p/ p0作曲線(p0為該溫度下，吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓)即為吸附等溫線。該方程形式簡單，物理意義明確，應(yīng)用最廣泛。(2) 弗羅因德利希(Freundlich)方程 等溫吸附的表達式為：式中，V為吸附量;p為吸附平衡壓力;n,k為

29、常數(shù)bp1bpVVm (3)n/1kpV (4).對式(4)兩邊取對數(shù)得：因而在對數(shù)坐標上以V和p作圖，便可得一條直線。直線斜率為1/n。該方程系純經(jīng)驗方程，沒有明確的物理意義。但由于形式簡單，使用方便，因而得到較多的應(yīng)用。(3) BET方程 該方程由布魯楞勒 (Brunaner)、埃麥特(Emmett)和泰勒(Teller)三人提出。他們假設(shè)：固體表面是均勻的，被吸附分子見無相互作用力，plgn1klgVlg (5).可以有多層分子吸附而層間作用力為范德華力，第一層的吸附熱為物理吸附熱，第二層以上的為液化熱，總吸附量為各層吸附量的總和。依據(jù)此原理導出的BET吸附等溫線方程為BET二常數(shù)吸附等

30、溫線方程，即：式中：p為平衡壓力;V為在p下的吸附量;Vm為第一層覆蓋滿時所吸附的量;C為與吸附熱有關(guān)的常數(shù)；(6)pp)1C(1)pp(pCVV00m .P0為實驗溫度下的飽和蒸汽壓。BET二常數(shù)方程的適用條件為固體表面是平滑的，吸附層數(shù)可以是無窮多的。當固體表面為多孔、吸附層數(shù)限制到n層時，則方程變?yōu)椋荷鲜綖槿?shù)BET方程。式中x=p/p0，稱為相對壓力。當n=1時，此式就變?yōu)槔士姞柗匠?；當n時，即成為二常數(shù)BET方程。BET方程的適用范圍較朗繆爾方程廣。1n1nnmxCx)1C(1nxx)1x(1)x1(xCVV (7).吸附速率吸附速率吸附平衡表達了吸附過程進行的極限。但要達到吸附平

31、衡表達了吸附過程進行的極限。但要達到平衡往往要經(jīng)過相當長時間的接觸，在實際吸附操作中平衡往往要經(jīng)過相當長時間的接觸，在實際吸附操作中相際接觸的時間一般是有限的，因此，吸附量決定于吸相際接觸的時間一般是有限的，因此，吸附量決定于吸附速率，而吸附速率又根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)的性質(zhì)不同附速率，而吸附速率又根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)的性質(zhì)不同而有很大差別。而有很大差別。一個具體吸附過程包括幾個步驟，其中每一步驟一個具體吸附過程包括幾個步驟，其中每一步驟的速度都將不同程度地影響總吸附速率，所以總吸附速的速度都將不同程度地影響總吸附速率，所以總吸附速率是一個綜合結(jié)果。一般我們將速度最慢的步驟稱為控率是一個綜合結(jié)果。一

32、般我們將速度最慢的步驟稱為控制步驟。制步驟。吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率.吸附、脫附過程示意圖吸附、脫附過程示意圖被吸附分子被吸附分子(1)(2)(3)(4)(5)(6)微孔道微孔道吸附劑吸附劑液膜液膜(氣膜氣膜)液液(氣氣)相主體相主體(1) 外擴散外擴散(2) 內(nèi)擴散內(nèi)擴散(3) 吸吸 附附(4) 脫脫 附附(5) 內(nèi)反擴散內(nèi)反擴散(6) 外反擴散外反擴散吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率.在這些步驟里，吸附與脫附的速度遠比外在這些步驟里，吸附與脫附的速度遠比外擴散與內(nèi)擴散為快，因此一般影響吸附速率的是擴散與內(nèi)擴散為快，因此一般影響吸附速率的是外擴散速率與內(nèi)擴散速率。外擴散速率與

33、內(nèi)擴散速率。吸附質(zhì)吸附質(zhì)A外擴散的傳質(zhì)速率外擴散的傳質(zhì)速率吸附質(zhì)吸附質(zhì)A內(nèi)擴散的傳質(zhì)速率內(nèi)擴散的傳質(zhì)速率式中，式中，ky，kx為外擴散、內(nèi)擴散吸附分系數(shù)；為外擴散、內(nèi)擴散吸附分系數(shù)； p為吸附劑顆粒的外表面；為吸附劑顆粒的外表面；yA，yAi為吸附質(zhì)為吸附質(zhì)A在流在流)yy(kddqAiApyA )xx(kddqAAipxA (8)(9).體中及在界面處的濃度；體中及在界面處的濃度；xA，xAi為吸附質(zhì)為吸附質(zhì)A在固相內(nèi)表在固相內(nèi)表面及界面的濃度。面及界面的濃度。由于外表面由于外表面(界面界面)的濃度不易測定，吸附速率也的濃度不易測定，吸附速率也常用吸附總系數(shù)來表示。常用吸附總系數(shù)來表示。式中

34、，式中，Ky,Kx分別為流體相及吸附相傳質(zhì)總系數(shù)。分別為流體相及吸附相傳質(zhì)總系數(shù)。由于由于其中，其中，f 為平衡常數(shù)。為平衡常數(shù)。)xx(K)yy(KddqA*ApX*AApyA A*Axfy 吸附平衡和吸附速率吸附平衡和吸附速率(9)(10).則可得：則可得：當當kykx/f時，則時，則Ky=kx/f，即外擴散阻力可以忽，即外擴散阻力可以忽略不計，吸附阻力以內(nèi)擴散的阻力為主；反之，略不計，吸附阻力以內(nèi)擴散的阻力為主；反之，當當kykx/f時，則時，則Ky=ky，即內(nèi)擴散阻力可忽略不，即內(nèi)擴散阻力可忽略不計。計。fk1k1K1kfk1K1pypxpxpxpypy (12)(11)吸附平衡和吸附

35、速率吸附平衡和吸附速率.吸附分離分類吸附分離分類吸附分離分類 固定床吸附分離 流化床吸附分離 移動床吸附分離 模擬移動床吸附分離 色譜吸附分離.固定床吸附分離： 固定床吸附分離是常見的吸附分離工藝，吸附器多為圓柱形立式設(shè)備，在內(nèi)部支撐的格板或多孔板上，放置吸附劑成為吸附劑床層，當流體通過時，吸附質(zhì)被吸附在吸附劑上，其余流體由出口流出，固定床吸附器特點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低，吸附劑磨損少缺點：間歇操作，吸附和再生周期更換，配置較多閥門，操作麻煩。床層導熱性差，床層溫差變化大，易導致局部過熱。變壓吸附和變溫吸附都屬于固定床吸附分離。吸附分離分類吸附分離分類.固定床吸附器流程示意圖吸附操作過程（二

36、床操作)：原料氣干燥過程： 當干燥器A在操作時，原料氣由下方通入（通干燥氣B的閥關(guān)閉），經(jīng)干燥后的原料氣由頂部出口排出；同時，干燥器B處于再生階段，再生用氣體經(jīng)加熱器加熱到指定溫度，從頂部進入干燥器B，再生氣攜帶吸附劑上脫附的水分從干燥器底部排出，經(jīng)冷卻器降溫分離出水后循環(huán)使用。吸附分離分類吸附分離分類.流化床吸附分離： 流化床分離也是吸附分離工藝之一，主體設(shè)備為雙體流化床，由吸附單元和脫附單元組成含有吸附質(zhì)的流體由吸附床底部進入，由下而上流動，使向下流動的吸附劑流態(tài)化，凈化后的流體由吸附塔頂排出，吸附了吸附質(zhì)的吸附劑由吸附塔底部排出進入脫附單元頂部，在脫附單元，用加熱吸附劑或其他方法使吸附劑

37、再生解吸，再生吸附劑返回流化床頂部繼續(xù)進行吸附過程。吸附分離分類吸附分離分類.流化床吸附器特點：優(yōu)點： 可連續(xù)操作， 適合處理大量流體 吸附劑處于流化狀態(tài) 流體近似活塞流，吸附劑利用率比較高缺點： 吸附劑磨損比較大， 操作彈性窄 設(shè)備相對復雜，費用高 目前很少使用吸附分離分類吸附分離分類.移動床吸附分離（超吸附器）：左圖為移動床設(shè)備示意圖，冷卻段:（脫附后的吸附劑被冷卻）吸附段:（吸附劑與混合氣接觸）增濃段:（上來的氣體發(fā)生置換吸附） 汽提段:（吸附劑里的吸附質(zhì)被氣提） 加熱段:（加熱脫附） 各段用分隔板隔開吸附分離分類吸附分離分類.吸附分離分類吸附分離分類.移動床吸附分離：優(yōu)點： 在不高的溫

38、度和壓力下操作， 設(shè)備相對簡單，能耗低 連續(xù)操作，處理量大，缺點： 吸附劑在床層內(nèi)移動，吸附劑磨損大， 易阻塞管路。 床層移動過程中床層裝填性能差目前，移動床已不在使用吸附分離分類吸附分離分類.模擬移動床吸附分離： 為了克服移動床實際應(yīng)用中的不足，70年代出現(xiàn)一種新的吸附分離工藝，模擬移動床吸附分離，該工藝對吸附劑來說是不動的固定床，通過不斷改變流體的進出口位置，達到吸附劑和流體相對運動目的，以此來模擬移動床的作用，從效果看，達到了移動床的效果，過程是連續(xù)的，但對床層來說本身并沒有移動，所以稱為模擬移動床。優(yōu)點：床層固定，吸附劑磨損小，連續(xù)操作，處理量大，在石化工業(yè)，大規(guī)模的應(yīng)用于C8芳烴的分

39、離。吸附分離分類吸附分離分類.模擬移動床操作示意圖 旋轉(zhuǎn)閥吸余液吸取液吸附分離分類吸附分離分類. 相對于其它吸附分離工藝，固定床吸附分離應(yīng)用的更多一些。對于固定床吸附分離，當吸附過程進行到一定時間后，吸附劑表面被吸附質(zhì)覆蓋，從而使吸附能力逐漸降低，直到達到吸附平衡，此時吸附劑不再具有吸附能力，為了使吸附劑能夠連續(xù)使用，吸附飽和后的吸附劑必須進行再生才能使用，再生過程又叫脫附過程。吸附分離分類吸附分離分類.常用脫附方法：降壓脫附：在吸附過程中吸附壓力高，平衡吸附量大，當壓力降低時吸附量變小，吸附組分脫附出來，這種再生方法在變壓吸附分離過程中被廣泛采用。 升溫脫附：吸附過程是一個放熱過程，溫度增加

40、，吸附量減小，在低溫下有較高的吸附能力。因而溫度降低有利于吸附過程進行，升溫有利于脫附的進行，因而在實際的吸附分離過程中，可在低溫下進行吸附，吸附飽和后，吸附床層升高溫度，吸附組分解吸出來，采用這種方法的吸附分離過程為變溫吸附。 常用脫附的方法常用脫附的方法.通氣吹掃：吸附飽和后，將不被吸附劑吸附的惰性氣體或吸附能力比較弱的氣體通入吸附床層進行吹掃，降低了吸附質(zhì)的分壓，從而使吸附組分脫附。這種方式一般不單獨使用。 置換脫附：當吸附床層吸附飽和后，向床層通入另一種流體，當該流體吸附能力和被吸附物吸附能力相近時，這種組分就把前一種置換出來，當再通入混合物時，吸附組分又將置換物置換。 工業(yè)上為了使吸

41、附床層脫附的比較徹底，上述幾種方法經(jīng)常要綜合利用，例如在變壓吸附過程中，即采用降壓又采用弱吸附能力的氣體吹掃。在變溫吸附分離過程中采用水蒸氣或熱空氣吹掃。脫附的方法脫附的方法.變壓吸附過程變壓吸附過程變壓吸附和變溫吸附變壓吸附和變溫吸附吸附等溫線： 在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)分壓的上升而增加，在同一壓力下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度增加而減少。也就是說，加壓降溫有利于吸附質(zhì)的吸附，而降壓加溫有利于吸附質(zhì)的脫附。按照吸附劑的再生方法將吸附分離循環(huán)過程分為兩類。變壓吸附和變溫吸附。組分組分A A、B B在不同溫度下的吸附等溫線在不同溫度下的吸附等溫線吸附壓力吸附壓力P

42、P.變壓吸附： 變壓吸附是在較高壓力下進行吸附，在較低的壓力下（有時甚至在真空壓力下）使吸附組分解吸出來的循環(huán)操作。分離氣體基本原理： 利用吸附劑對不同氣體在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差異, 以及吸附劑的吸附容量隨壓力的變化而變化的特性, 在加壓條件下完成混合氣體的吸附分離過程, 降壓脫附被分離吸附的各種組分, 從而實現(xiàn)氣體分離以及吸附劑循環(huán)使用的目的。 變壓吸附分離過程中吸附循環(huán)周期短，吸附熱和解吸熱引起的吸附床層溫度變化小，看作等溫過程。變壓吸附過程變壓吸附過程.變壓吸附特點 低能耗：PSA工藝所要求的壓力較低，一些有壓力的氣源可以省去再次加壓的能耗。PSA在常溫下操作，可以省去加熱

43、或冷卻的能耗。 產(chǎn)品純度高且可靈活調(diào)節(jié)：如PSA制氫，產(chǎn)品純度可達99.999，并可隨意調(diào)節(jié)氫的純度。 工藝流程簡單：可實現(xiàn)多種氣體的分離，對水、硫化物、氨、烴類等雜質(zhì)有較強的承受能力，無需復雜的預處理工序。 變壓吸附過程變壓吸附過程.裝置調(diào)節(jié)能力強，操作彈性大：對原料氣中雜質(zhì)含量和壓力等條件改變有很強的適應(yīng)能力，調(diào)節(jié)范圍很寬。 投資小，操作費用低：維護簡單，檢修時間少，開工率高 。 吸附劑使用周期長：一般可以使用十年以上。 機組?。赫嫉孛娣e小。 環(huán)境效益好：除因原料氣的特性外，PSA裝置的運行不會造成新的環(huán)境污染，幾乎無“三廢”產(chǎn)生 變壓吸附過程變壓吸附過程.變壓吸附流程： 在變壓吸附分離過

44、程中，由于吸附劑需要再生，為使吸附過程連續(xù)進行，工業(yè)上通常要采用兩塔或更多的吸附塔輪換操作，變壓吸附分離的常用流程主要有: 雙塔變壓吸附,最簡單的變壓吸附分離過程，在吸附分離過程中吸附塔經(jīng)歷吸附，降壓解吸和沖洗三步，主要用于空氣分離等對回收率要求不高的場合。 三塔變壓吸附流程，吸附，降壓解吸，真空解吸,三塔變壓吸附流程主要用于吸附氣是產(chǎn)品氣的分離。變壓吸附過程變壓吸附過程. 四塔變壓吸附流程，在變壓吸附分離操作過程中，由于吸附劑床層不斷吸附，減壓，抽真空，使氣體流量和壓力波動大，而且吸附終了后，吸附床直接排空，浪費了大量的原料氣，因而變壓吸附向多床發(fā)展，四塔變壓吸附是工業(yè)應(yīng)用最多的裝置，在分離

45、過程中，吸附床依次經(jīng)歷吸附，均壓，順向放壓，逆向放壓，沖洗，一段充壓和二段充壓等步驟。 十塔變壓吸附流程，十塔流程是在四塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，用于處理大量的氣體，操作步驟類似四塔流程。變壓吸附過程變壓吸附過程.變壓吸附的應(yīng)用 從各種含氫氣源中提純氫氣； 從各種富含二氧化碳的氣源中生產(chǎn)各種等級的氣體或液體二氧化碳； 從富含一氧化碳的氣源中提純CO； 合成氨變換氣脫除二氧化碳； 天然氣的凈化脫除C2及以上組份； 空氣分離制富氧； 空氣分離制富氮； 從煤礦瓦斯氣中濃縮甲烷； 濃縮和提純乙烯。 變壓吸附過程變壓吸附過程.氫氣用途 合成氨 石油煉制（催化加氫，油脂加氫等等） 甲醇合成 用于生產(chǎn)化學品：環(huán)己

46、烷、甲苯脫烷基制苯、環(huán)己胺，環(huán)己醇，苯胺和甲基苯胺，對氨基苯酚，1，4-丁二醇，-丁內(nèi)脂，四氫呋喃，雙氧水等許多通過加氫反應(yīng)合成的精細化工產(chǎn)品。 冶金工業(yè)，作保護氣 光纖和石英玻璃生產(chǎn) 氫能燃料電池變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2. 氫氣的分離提純 H2的分離回收是吸附分離應(yīng)用最為廣泛的一個領(lǐng)域，已廣泛應(yīng)用于合成氨工業(yè)，煉油工業(yè)，石油化工領(lǐng)域。 工業(yè)上含氫氣源: 一類是以煤、天然氣、重油為原料造氣或用甲醇、氨裂解制備的含氫氣源; 另一類為各種工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氫尾氣, 如煉油廠含氫尾氣、合成氨馳放氣、碳黑尾氣、DM F 尾氣、甲醛及甲醇尾氣等。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2.幾種

47、回收氫氣技術(shù)比較幾種回收氫氣技術(shù)比較 項目項目 膜分離膜分離 變壓吸附變壓吸附 深冷分離深冷分離 規(guī)模/Nm3/h 10010000 100100000 5000100000 氫純度/V % 8099 9999.999 9099 氫回收率/% 7585 8095 最高98 操作壓力/M Pa 315 或更高 0.53.0 1.08.0 壓力降/M Pa 高, 原料產(chǎn)品壓 0.1 0.2 力比為26 原料氫最小含量/% 30 15 20 15 原料的預處理 需預處理 可不預處理 需預處理 產(chǎn)品中CO含量 原料氣中CO的30% 10g/g 幾百g/g 操作彈性% 20100 10100 50100

48、 投資 低 低 高 能耗 低 低 高 操作難易 簡單 簡單 較難變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2. 吸附分離使回收氫氣有效方法之一 應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域 冶金行業(yè)：如用PSA 法從焦爐氣中提氫， 天然氣、石腦油轉(zhuǎn)化制氫中氫氣提純， 煤氣化制氫中氫氣提純， 甲醇和氨分解制氫中氫氣提純， 石化行業(yè)：催化裂化干氣，煉廠混合氣，煉廠氣含 氫氣體，乙烯尾氣，催化裂化干氣，甲醇弛放氣，變換氣，合成氨尾氣。 變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2.典型流程四塔二次均壓流程吸附塔工作過程時序塔名123456789101112A塔吸附一均降順放 二均降逆放沖洗二均升 一均升最終升壓B塔一均升最終升壓吸附一均降順放二均

49、降逆放沖洗二均升C塔 逆放沖洗二均升 一均升最終升壓吸附一均降順放二均降D塔一均降順放二均降逆放沖洗 二均升 一均升最終升壓吸附變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2.變壓吸附分離氫現(xiàn)狀：分離回收氫氣是PSA技術(shù)應(yīng)用最大領(lǐng)域 國外于1962 年實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模制氫 1966 年在Toronto 在和水蒸氣變換裝置配套建立起的第一臺工業(yè)用PSA 氫氣提純裝置后 ,進入70 年代后, 變壓吸附技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展, 裝置數(shù)量劇增, 規(guī)模不斷增大, 使用范圍越來越廣, 工藝不斷完善, 成本不斷下降, 逐漸成為一種主要的、高效節(jié)能的氣體分離技術(shù)。 全世界PSA 系統(tǒng)生產(chǎn)純氫的能力超過1 億m3/h ,最大P

50、SA 提氫裝置的生產(chǎn)能力超過1. 0105Nm3/h,上千套裝置在運行。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2.技術(shù)進展 PSA 提氫的工藝過程也由最初的四床一均一塔進料的簡單過程發(fā)展到十床四均三塔同時進料的復雜過程 吸附劑的使用也由一種吸附劑發(fā)展到根據(jù)原料氣中組份的變化而裝填多種吸附劑, 吸附劑的再生方式也由產(chǎn)品氫氣回流吹掃發(fā)展到真空解吸再生 均壓次數(shù)的增加, 能量回收增加, 同時也增加了產(chǎn)品氣的回收率,強吸附組份的流動也因壓力均衡步驟的增加而更加平穩(wěn) 變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2. 多床同時進料, 提高了PSA 裝置處理原料氣的能力, 適應(yīng)現(xiàn)代化工行業(yè)中大量氫氣的需求。 真空解吸的再

51、生方式, 借助外界動力使吸附劑上吸附的雜質(zhì)組份充分解吸, 不需要產(chǎn)品氫氣回流吹掃吸附劑, 因此產(chǎn)品氫氣的收率可大大提高。 PSA 裝置生產(chǎn)的氫氣的純度可達99. 999% , 并可在低于此純度的范圍內(nèi)任意調(diào)整 產(chǎn)品氫收率也由最初的四床一均工藝的70% 75% 提高到多床多均工藝的80% 95% 變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2.國內(nèi)現(xiàn)狀 變壓吸附技術(shù)在我國的工業(yè)應(yīng)用也有二十幾年歷史 西南化工研究院最早開始從事變壓吸附研究和規(guī)模最大的研究單位 1972年，西南化工研究院開始從事變壓吸附氣體分離工作，并于1982年在上海吳凇化肥廠, 用于從合成氨弛放氣中回收氫氣。 石家莊煉油廠5104Nm3/

52、h 催化裂化干氣氫氣提純裝置和鎮(zhèn)海煉化股份有限公司6. 0104Nm3/h 氫氣提純裝置是國產(chǎn)大型變壓吸附裝置。 我校在吸附劑及變壓吸附工藝過程開發(fā)也取得了巨大的成績。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收H2.二氧化碳用途 CO2是一種用途十分廣泛且需求量很大的重要化工產(chǎn)品。 40%用作生產(chǎn)其它化工產(chǎn)品的原料（如尿素，碳銨，純堿，碳酸鈣，甲醇，一氧化碳和OTO合成氣，水楊酸，碳酸乙（丙）烯酯等 35%用于提高石油采出率 10%用于制冷 5%用于碳酸飲料 其它應(yīng)用10%（保護氣，滅火劑， CO2激光器，超臨界萃取等）變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO2.二氧化碳氣源 CO2資源十分豐富，廣泛存在于

53、大氣，水和巖層中。天然CO2氣田，開采天然氣伴生CO2 在煤炭，石油和碳酸鹽的加工和燃燒過程中，也產(chǎn)生富含CO2氣體。氣體直接排放大氣，既破壞生態(tài)環(huán)境，引起溫室效應(yīng)，又浪費了CO2寶貴資源。應(yīng)當采用適當方法加以回收并加以利用變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO2.常用常用CO2 氣源及含量氣源及含量 序號序號 CO 2 來源來源 含量含量,V % 1 天然氣田氣 8090 2 合成氨副產(chǎn)氣 9899 3 石油煉制副產(chǎn)氣 9899 4 發(fā)酵工業(yè)副產(chǎn)氣 9599 5 乙二醇工業(yè)副產(chǎn)氣 91 6 石灰窯尾氣 3545 7 煉鋼副產(chǎn)氣 1819 8 燃煤鍋爐煙道氣 1821 9 焦炭及重油燃燒氣 10

54、17 10 天然氣燃燒煙道氣 8.510變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO2.二氧化碳分離提純工藝 溶劑吸收法： 吸收工藝適用于氣體中CO2 含量較低的情況,CO2 濃度可達到99.99%。工藝投資費用大, 能耗較高, 分離回收成本高。 低溫蒸餾法：蒸餾工藝適用于高濃度的情況, 如CO2 濃度為60%。該工藝的設(shè)備投資大, 能耗高, 分離效果差,成本也高。一般情況不太采用。 膜分離法：膜分離法工藝較簡單, 操作方便, 能耗低, 經(jīng)濟合理, 缺點是常常需要前級處理、脫水和過濾, 且很難得到高純度的CO2。但仍不失為一種較好的分離CO2 的方法。 變壓吸附法：可以從多種含CO2 的氣源中分離提純

55、CO2, 變壓吸附回收二氧化碳技術(shù)于1986年實現(xiàn)工業(yè)化變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO2.變壓吸附回收CO2工藝三塔流程，解吸氣為產(chǎn)品氣，需要預處理除去水分和硫化物等強吸附物質(zhì)。三塔操作過程時序表操作壓力：0.51.0MPa,產(chǎn)品氣純度99.599.99%塔名123456789101112A塔吸附均壓降 順向放壓置換抽空 均壓升最終升壓B塔均壓升最終升壓吸附均壓降 順向放壓置換抽空C塔均壓降 順向放壓置換抽空 均壓升最終升壓吸附變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO2.一氧化碳用途 CO是C1化學重要的基礎(chǔ)原料氣，廣泛用于甲酸，醋酸，草酸，光氣，二甲基甲酰胺，二異氰酸酯等重要的化工產(chǎn)品的合

56、成。 高熱值氣體，用作工業(yè)燃料 隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展，CO的工業(yè)需求量越來越大，從而對CO的生產(chǎn)技術(shù)提出了更高要求。工業(yè)上CO制備主要從各種含CO的混合氣中分離提純。CO提純方法： 傳統(tǒng)方法：深冷法和溶液吸收法，這兩種方法的預處理系統(tǒng)復雜, 設(shè)備多, 投資大, 操作成本高, 能耗高。 變壓吸附法：已逐漸取代傳統(tǒng)方法變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO.一氧化碳氣源： 黃磷尾氣：CO 8590% 轉(zhuǎn)爐氣：CO 6070% 銅洗再生氣： CO 6070% 高爐氣：CO 2228% 半水煤氣： CO 2630% 水煤氣： CO 3539% 電石尾氣 乙炔尾氣,等等變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO.變

57、壓吸附工藝 采用化學吸附的CO 專用銅系吸附劑的吸附工藝, 混合氣可在PSA 裝置內(nèi)一步實現(xiàn)CO 和CO2的分離, 一步法工藝，流程簡單, 但目前還處于實驗室研究和工業(yè)試運轉(zhuǎn)階段。 另一類分離CO 工藝是采用常規(guī)吸附劑（活性炭，細孔硅膠，活性氧化鋁和分子篩等）的物理吸附PSA 工藝, 即二段法工藝, 第一步脫除吸附能力較強的組分, 第二步再從剩余混合氣體中分離提純CO。 我國變壓吸附分離CO技術(shù)于1993年實現(xiàn)工業(yè)化，為高濃度CO的生產(chǎn)開創(chuàng)了一條新途徑。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用回收回收CO. 變換氣脫CO2是合成氨原料氣凈化的一個重要工序，主要方法有2種，濕法（溶劑吸收）和干法（變壓吸附）。

58、濕法：操作復雜，工序長，操作費用高，設(shè)備 腐蝕。 變壓吸附脫CO2分為三種工藝：1、以增產(chǎn)液氨為目的脫除工藝，脫碳后凈化氣CO2含量小于0.2%,該工藝在脫除CO2的同時，CH4 、CO、硫化物等雜質(zhì)也能脫除。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用合成氨變換氣脫除合成氨變換氣脫除CO2.2、用于與聯(lián)醇生產(chǎn)配套，將脫碳凈化氣用于甲醇生產(chǎn),該工藝在脫除CO2 的同時使CO 的損失最少，對這類PSA 脫碳裝置, 一般將脫碳氣中 CO2 含量控制在1%-5% 的水平,還可將變換氣中的硫化物、砷、氯、H2O ,NH3等雜質(zhì)同時脫除。3、與尿素生產(chǎn)配套工藝，該工藝要求在脫除CO2獲得氮氫的同時，得到純度大于98%的產(chǎn)品

59、CO2氣體，用于合成尿素。 由于工藝的不同需要，變壓吸附各吸附床的操作過程略有不同。但都需要真空解吸過程。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用合成氨變換氣脫除合成氨變換氣脫除CO2. 我國具有豐富的天然氣資源，主要成分為甲烷，但通常含有少量的N2,CO2和甲烷同系物，同系物的存在將直接影響到以天然氣為原料生產(chǎn)的化工產(chǎn)品質(zhì)量，因此，以天然氣為原料生產(chǎn)氯代產(chǎn)品、硫氧化碳及氰化鈉等生產(chǎn)過程中, 均對天然氣中C2+ 組份提出了凈化要求。在天然氣凈化方面, 變壓吸附工藝能耗低、凈化度高, 是最為理想的途徑。 該工藝的CH4 收率一般在50%70% , 采用該工藝時應(yīng)考慮解吸氣的綜合利用問題, 如用作燃料等。變壓吸附

60、應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用天然氣的凈化脫除天然氣的凈化脫除C2及以上組份及以上組份. 空氣中N2 含78%，O2含21%，而濃度高的N2和O2具有廣泛用途，需求量很大空氣分離方法 深冷分離 變壓吸附分離 膜分離 后兩種方法生產(chǎn)氣體純度相對低些，但對于中小規(guī)模，投資和成本上具有競爭力，適用于中小規(guī)模及對氣體純度要求不高的領(lǐng)域。變壓吸附應(yīng)用變壓吸附應(yīng)用空氣分離制富氮富氧空氣分離制富氮富氧.富氧氣體用途 煉鋼用電爐供氧：用于溶解鐵和脫碳精煉 廢水處理：活性污泥處理廢水，采用富氧曝氣可提高水中氧濃度，提高處理效率 紙漿漂白：氧氣代替氯氣漂白，可降低廢水處理費用 有色金屬冶煉 氧氣燃燒爐：提高燃燒溫度 養(yǎng)魚：養(yǎng)魚