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1、变压吸附摘要介绍了变压吸附技术的基本原理及其开发与应用，并对今后变压吸附空气分离技术的发展方向提出了看法。关键词空气分离变压吸附制氧1. 引言变压吸附（PSA 3技术是近几十年崛起的气体分离技术，PSA用于制氧是近 来发展起来的新技术。它与传统的已有近百年历史的深冷法制氧工艺相比，两者 各有千秋，在制氧领域各自发挥独自的优势，又彼此激烈竞争。近几年，由于变 压吸附空分制氧工艺具有操作灵活方便、投资少、性能好等优点，使其在中小规 模空分领域确立了优势，并正不断向大型化发展，对它的研究也成为化工领域的 一热点。2. 变压吸附基本原理2.1吸附的定义当两相组成一个体系时，两相界面处的成分与相内成分是
2、不同的，在两相界 面处会产生积蓄，这种现象称为吸附；而被吸附的原子或分子返回到液相或气相 的过程，称为解吸。在两相界面处，被吸附的物质称为吸附质，吸附相称为吸附 剂。2.2常用的吸附剂主要有活性白土、硅胶、活性氧化铝、活性炭、碳分子筛、合成沸石分子筛单一的固定吸附床操作，无论是变温吸附还是变压吸附，由于吸附剂需要再 生，吸附是间歇式的。因此，工业上都是采用两个或更多的吸附床，使吸附床的 吸附和再生交替（或依次循环）进行，保证整个吸附过程的连续。对于变压吸附循环过程，有三个基本工作步骤：1. 压力下吸附吸附床在过程的最高压力下通入被分离的气体混合物，其中强吸附组分被 吸附剂选择性吸收，弱吸附组分
3、从吸附床的另一端流出。2. 减压解吸根据被吸附组分的性能，选用前述的降压、抽真空、冲洗和置换中的几种 方法使吸附剂获得再生。一般减压解吸，先是降压到大气压力，然后再用冲洗、 抽真空或置换。3. 升压吸附剂再生完成后，用弱吸附组分对吸附床进行充压，直到吸附压力为止。 接着又在压力下进行吸附。3变压吸附空气分离技术应用与开发3.1变压吸附工艺发展现状变压吸附空分制氧工艺技术的进展与分子筛研制的成就息息相关。初期的 PSA制氧装置大多为高压吸收，常压解吸，后来在中大型装置上采用了略高于 常压下吸附在真空下解吸的方法。目前工业上操作状况如表3所示。一般来讲， 若提高吸附压力，则吸附剂吸附的氮量增加，因
4、此能减少吸附剂用量，但由于 解吸排气的气量增加，所以氧收率降低。为了提高氧气回收率，减少电耗，工 艺上将吸附压力降至略高于大气压，解吸采用抽真空，这是目前大型工业制氧 装置的主流。传统的制氧方法是空气的深冷分馏，此法可制取高纯度的氧、氮和惰性气 体，也是大规模生产这些气体的最经济的方法。但在许多场合，如废水处理、 金属冶炼、医疗供氧、化工造气等等并不需要象深冷分馏法所制得的高纯度氧 气，而且富氧的需用量相对高纯度氧要更多些。为此人们很早就企图实现用比 深冷法更简便的方法富集氧气。对分子筛的研究发现，在5A型分子筛上空气 中的氮是被优先选择吸附的分子，自此注意到应用分子筛分离富氮的可能性。 变压
5、吸附法制取富氧与变压吸附本身的开发一样，是沿着两条途径进行的：一 方面是改善吸附剂的性能，以增大氮的吸附能力和富氮的分离系数；另一方面 是改进工艺流程，根据富氧生产能力、纯度即吸附剂性能开发有各种二床、三 床流程，前面介绍的多床制氢工艺也适用于生产富氧，吸附床数增加可提高产 氧能力、降低总耗电量，但额外投资和床数增加的复杂性在经济上导致过于昂 贵。所以目前工业上开发应用较多的是二、三床流程。此法在吸附压力0.025MPa、抽空最终压力190乇下操作时，生产富氧纯 度9 3%,氧的回收率为3639%。近年来，随着吸附剂制氧能力提高和 工艺流程回收死空间气体的改进，所得富氧纯度大于9 0%时，回收
6、率为5 0%,消耗能量小于0.5 kwh/m3-O2,这个能耗已经与深冷空分制氧相接近。3.3PSA制氧技术开发3.3.1新的制氧工艺一真空变压吸附通常PSA采用的工艺是0.3-0.4MP加压吸附和常压解吸。1983年A. GBager首先开发了真空变压吸附（VPSA ）工艺，并申请了专利。所谓VPSA的 制氧工艺就是在压力小于0.1MPa下吸附，真空下解吸。实践表明，真空再生法 的性能优于常压再生法，又由于解吸用真空泵的能耗要比原料空气压缩机能耗低 得多，从而降低了单位能耗。在这以后所公布的很多专利，都是以提高氧纯度及 回收率为目的的。日本酸素工业株式会社即开发了低压吸附、均压、抽空、产品
7、冲洗再说的生产 工艺。据报道，用该工艺制取的氧气纯度为93%-95%，产量为 1000m3/h 时的单耗为 0.42kWh/Nm3。3.3.2VPSA的操作条件再生压力：再生压力对产品氧气的回收率影响最大，用高真空再生可得到 较好的回收率，然而单纯提高真空度是不经济的；最佳压力变化范围取决于原料 空气压缩所需能耗、真空泵的能耗及产品氧的回收率，对于一定的吸附剂还需通 过试验加以决定。4结束语随着科学技术的发展，对氧气产品的需求量也在不断增长。从世界范围看变 压吸附制氧装置的能力仍处于扩大的趋势，扩大的领域和速度与PSA法技术不 断取得的新进展密切相关。由于新型分子筛的开发和工艺技术的日臻完善，结果 使产品氧纯度提高，氧回收率增加，投资和能耗下降，无形中增加了它的竞争力。 这就是将它列入高新技术并至今十分活跃的原因。利用当代前沿科学已取得的新 成就研制性能优良的吸附剂，精心设计、优化流程是开发的方向和重点课题，年 轻的PSA法制氧技术方兴未艾。
化工原理变压吸附论文
