氢气和一氧化碳的分离
或变压吸附(简称PSA)。变压吸附是一种新型的气体吸附分离技术,具有以下优点:(1)产品纯度高。⑵一般可在常温低压下工作,床层再生无需加热,节能经济。⑶设备简单,操作维护简单。(4)连续循环操作完全可以实现自动化。
所以这项新技术一出,就引起了各国工业界的关注,竞相开发研究,发展迅速,日臻成熟。Skarstrom在1960提出了PSA专利。他用5A沸石分子筛作吸附剂,用两床PSA装置分离富氧空气。该工艺在20世纪60年代得到改进并投入工业生产。20世纪70年代,变压吸附技术的工业应用取得突破,主要应用于氧氮分离、空气干燥净化和氢气提纯。其中氧氮分离的技术进展是将新型吸附剂碳分子筛与变压吸附相结合,分离空气中的O2和N2,从而得到氮气。随着分子筛性能和质量的提高,以及变压吸附工艺的不断改进,产品的纯度和回收率不断提高,进而促进了变压吸附的经济立足点和产业化。原理:对于同一种被吸附气体(吸附质),在吸附平衡的条件下,温度越低,压力越高,吸附量越大。反之,温度越高,压力越低,吸附量越小。因此,气体的吸附分离法通常采用两个循环过程,即变温吸附或变压吸附,两个循环过程如图1所示。如果压力不变,在室温或低温下吸附,在高温下解吸,称为变温吸附(TSA)。显然,吸附和解吸是通过改变温度来进行的。变温吸附操作在低温(常温)吸附等温线和高温吸附等温线之间的垂直线处进行(见图1)。由于吸附剂比热容大,导热系数(导热系数)低,升温降温时间长,操作麻烦,所以变温吸附主要用于吸附剂较少的气体净化。如果温度不变,加压吸附和减压(抽真空)或常压解吸称为变压吸附。可以看出,变压吸附是通过改变压力进行吸附和解吸。变压吸附操作可视为等温过程,因为吸附剂的导热系数很小,吸附剂的床层温度因吸附热和脱附热而变化很小。其工作条件在室温下近似沿着吸附等温线(见图1),在较高压力下吸附(P2),在较低压力下解吸(P1)。由于变压吸附是沿着吸附等温线进行的,从静态吸附平衡的角度来看,吸附等温线的斜率对其有很大的影响。在恒温条件下,压力与吸附量的关系如图所示,其中PH代表吸附压力,PL代表解吸(减压后)压力。此时PH和PL的吸附量之差实际上就是有效吸附量,用ve表示。显然,线性吸附等温线的有效吸附容量大于曲线吸附等温线(Langmuir型)。吸附通常在压力下进行。变压吸附提出了加压和减压相结合的方法,通常是加压吸附和减压组成的吸附-解吸系统。在等温条件下,吸附操作循环过程由加压吸附和减压解吸组合而成。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的增加而增加,随着压力的降低而减少。同时,在减压(降至常压或抽真空)过程中,被吸附的气体被释放出来,使吸附剂再生,吸附剂无需外部供热即可再生。因此,变压吸附又称为等温吸附和无热再生吸附。