【正文】 使其它組分得以提純；利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的。其特點(diǎn)是：吸附過(guò)程中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，吸附過(guò)程進(jìn)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。其解吸過(guò)程一般也較困難。化學(xué)吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)間發(fā)生有化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成化合物的吸附過(guò)程。這有兩方面的原因：1． 吸附劑的活性表面少了；2． 水分子的進(jìn)一步供應(yīng)要從遠(yuǎn)方的空氣中來(lái)，這就取決于水分子在空氣中的擴(kuò)散速度。但根據(jù)上式計(jì)算，在平衡時(shí)，1018個(gè)水分子碰撞到1㎝2的表面上。在大多數(shù)的情況下，碰撞表面的吸附質(zhì)分子要在表面上停留一些時(shí)間，其時(shí)間長(zhǎng)短取決于多種因素，如分子碰撞在表面上的位置、表面的性質(zhì)、分子的性質(zhì)、表面的溫度、分子的動(dòng)能等等。因此，作為吸附質(zhì)的任何一個(gè)分子，當(dāng)它在空間漫游時(shí)，既可能相互碰撞，也可能碰撞在固體（吸附劑）的表面上。第一節(jié) 吸附工藝原理 吸附的概念吸附是指：當(dāng)兩種相態(tài)不同的物質(zhì)接觸時(shí)，其中密度較低物質(zhì)的分子在密度較高的物質(zhì)表面被富集的現(xiàn)象和過(guò)程。自一九六二年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司(UCC)第一套工業(yè)PSA制氫裝置投產(chǎn)以來(lái)，UCC公司、Haldor Topsoe公司、Linder公司等已先后向各國(guó)提供了近千套變壓吸附制氫裝置。由于變壓吸附(PSA)氣體分離技術(shù)是依靠壓力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸附與再生的，因而再生速度快、能耗低，屬節(jié)能型氣體分離技術(shù)。早在數(shù)千年前，人門就開始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物質(zhì)所具有的強(qiáng)吸附能力進(jìn)行防潮、脫臭和脫色。但由于這些吸附劑的吸附能力較低、選擇性較差，因而難以大規(guī)模用于現(xiàn)代工業(yè)。并且，該工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定、對(duì)于含多種雜質(zhì)的混合氣可將雜質(zhì)一次脫除得到高純度產(chǎn)品。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的變壓吸附技術(shù)起步較晚，特別是在PSA裝置大型化技術(shù)方面較為落后，以至在七、八十年代，我國(guó)的大型變壓吸附裝置完全依賴進(jìn)口。其實(shí)質(zhì)就是在兩相的交界面上，物質(zhì)的濃度會(huì)自動(dòng)發(fā)生變化的現(xiàn)象和過(guò)程。這種碰撞分彈性和非彈性碰撞。從一個(gè)單位面積的表面來(lái)看，我們可以推定在一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)碰撞表面的分子數(shù)是有一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的。因此，n的巨大數(shù)值使吸附現(xiàn)象可以很大的速度進(jìn)行，即幾乎是瞬間地進(jìn)行。可以設(shè)想，當(dāng)氣體分子落在表面上以后，就與組成表面的原子交換能量，當(dāng)停留時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，它們之間還將達(dá)到熱平衡。其吸附過(guò)程一般進(jìn)行的很慢，且解吸過(guò)程非常困難。毛細(xì)管凝縮是指固體吸附劑在吸附蒸汽時(shí)，在吸附劑孔隙內(nèi)發(fā)生的凝結(jié)現(xiàn)象。物理吸附的吸附熱不大（每克分子量吸附質(zhì)約自十分之一仟卡至幾仟卡），其數(shù)值范圍與汽化熱或凝結(jié)熱相同。 吸附力吸附劑表面之所以有吸附能力是由于處在兩相邊界的分子的特殊狀態(tài)。作用在邊界分子上力量的這種不平衡現(xiàn)象，使得這些分子具有與相內(nèi)部的分子不同的特質(zhì)。歸納來(lái)看，分子間的作用力主要是由于帶電粒子之間的靜電作用而形成的，一般稱為范德華力。除了吸附力以外，有的吸附劑（如分子篩、沸石灰還有晶格“篩分”的特性，氣體分子的平均直徑必須小于其微孔的直徑，才能抵達(dá)吸附表面。吸附熱可以準(zhǔn)確地表示吸附現(xiàn)象的物理或化學(xué)（活性）本質(zhì)以及吸附劑的活性，對(duì)于了解固體表面的結(jié)構(gòu)和非均一性都有幫助。而對(duì)于變壓吸附(不加熱再生工藝)裝置，由于循環(huán)周期短，吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)小，吸附熱來(lái)不及散失，正好供解吸熱使用，故床溫變化不大，可近似看作等溫吸附，又稱絕熱吸附。如果吸附劑選用錯(cuò)了，甚至?xí)霈F(xiàn)完全無(wú)效的情況。吸附劑最重要的物理特征包括孔容積、孔徑分布、表面積和表面性質(zhì)等。優(yōu)良的吸附性能和較大的吸附容量是實(shí)現(xiàn)吸附分離的基本條件。一般而言，變壓吸附氣體分離裝置中的吸附劑分離系數(shù)不宜小于3。 此外，在吸附過(guò)程中，由于吸附床內(nèi)壓力是周期性變化的，吸附劑要經(jīng)受氣流的頻繁沖刷，因而吸附劑還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗磨性。沸石分子篩類吸附劑是一種含堿土元素的結(jié)晶態(tài)偏硅鋁酸鹽，屬于強(qiáng)極性吸附劑，有著非常一致的孔徑結(jié)構(gòu)和極強(qiáng)的吸附選擇性，對(duì)CO、CHNAr、O2等均具有較高的吸附能力。下表列出了幾種常見氣源提純時(shí)常用的吸附劑：氣 源氧化鋁硅膠活性炭分子篩混合氣體的干燥○○催化干氣○○○加氫尾氣○○合成氨尾氣○○重整氫○○○催化干氣○○○○甲醇尾氣○○○甲苯脫烷基化尾氣○○○乙烯廠排放氣○○○ 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)在吸附相和氣相、兩相中的分布達(dá)到平衡的過(guò)程，吸附分離過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)平衡吸附狀態(tài)的變化過(guò)程。我們用不同溫度下的吸附等溫線來(lái)描述吸附與壓力和溫度的這一關(guān)系，吸附等溫線就是在一定的溫度下，測(cè)定出各氣體組份在吸附劑上的平衡吸附量，將不同壓力下得到的平衡吸附量用曲線連接而成的曲線。吸附劑在常溫 (即A點(diǎn))下大量吸附原料氣中的某些雜質(zhì)組分，然后升高溫度(到D點(diǎn))使雜質(zhì)組分得以解吸。在實(shí)際應(yīng)用中一般依據(jù)氣源的組成、壓力及產(chǎn)品要求的不同來(lái)選擇PSA（變壓吸附）、TSA（變溫吸附）或PSA+TSA工藝。VPSA工藝的優(yōu)點(diǎn)是再生效果好，產(chǎn)品收率高，但缺點(diǎn)是需要增加真空泵。⑵工藝流程短：對(duì)于含有多種雜質(zhì)的氣體，在大多數(shù)情況下變壓吸附都可以一步將各種雜質(zhì)脫除而獲得純氫。⑺能耗低、運(yùn)行費(fèi)用?。鹤儔何窖b置一般都在常溫和中、低壓力下進(jìn)行，且正常操作下吸附劑可與裝置同壽命。而且其解吸方式對(duì)整個(gè)工藝的經(jīng)濟(jì)性也起著決定性的作用。至于何種流程更合理，主要是看原料氣的條件和產(chǎn)品要求。也有間接加熱的，但吸附床層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且床層受熱不勻，不如直接加熱方便，故通常多采用直接加熱方式。此外，吸附劑反復(fù)經(jīng)升溫和降溫，有時(shí)會(huì)受到熱應(yīng)力而破碎。為此，可采用兩種方法解決：一種是用產(chǎn)品氣對(duì)床層進(jìn)行“沖洗”，盡量降低雜質(zhì)分壓，將較難解吸的雜質(zhì)沖洗下來(lái)；另一種是利用“抽真空”的辦法進(jìn)一步降低雜質(zhì)分壓使其解吸下來(lái)，這就是通常所說(shuō)的真空變壓吸附(VPSA)。對(duì)于從催化干氣中提純H2的變壓吸附裝置，由于原料氣的壓力不高，原料氣中的雜質(zhì)含量高，因而采用抽真空方式進(jìn)行吸附劑再生，能夠提高裝置氫氣回收率。第三節(jié) PSAH2流程描述 工藝流程簡(jiǎn)圖焦?fàn)t煤氣制氫分為四個(gè)主要工藝過(guò)程：①原料氣經(jīng)過(guò)脫萘脫硫；②壓縮及預(yù)處理，③然后經(jīng)過(guò)變壓吸附提純氫氣，④半產(chǎn)品氫氣最后經(jīng)過(guò)脫氧、干燥得到產(chǎn)品氫氣。 ●PSA工序采用513/P流程，與經(jīng)典的412流程相比增加一次均壓次數(shù)，可以最少的吸附床實(shí)現(xiàn)了三次均壓，提高了氫氣回收率，降低了裝置運(yùn)行成本。● 本裝置控制軟件的參數(shù)優(yōu)化功能可使裝置在任何時(shí)候都能達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，提高了裝置的運(yùn)行效益。 ①原料壓力及組成相對(duì)穩(wěn)定，使得吸附時(shí)間與原料負(fù)荷的關(guān)系式大大簡(jiǎn)化，原料負(fù)荷變化時(shí)，吸附時(shí)間可自動(dòng)改變。 ③采用程控閥閥檢與壓力信號(hào)判斷程控閥故障，可準(zhǔn)確判斷閥門故障情況，如儀表元件故障、程控閥內(nèi)漏及執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障等，減少誤操作。 工藝流程簡(jiǎn)述 焦?fàn)t煤氣制氫裝置由脫萘脫硫工序（100）、壓縮及預(yù)處理工序（200）、變壓吸附工序（300）和脫氧干燥工序（400）等4個(gè)工序組成。塔內(nèi)裝填高效吸附劑，主要由耐火球、CNA22CNA110吸附劑等組成混合床；為減少床層阻力，加快再生速度，床層內(nèi)吸附劑分兩層裝填。壓力MPaA塔AHCB塔HCA3．4．2壓縮及預(yù)處理工序200（參見圖P08603220P086032202）經(jīng)預(yù)凈化后的凈化氣再通過(guò)200預(yù)處理，進(jìn)一步脫除其中的烷烴、芳烴、硫化物、氮化物、氨、焦油等，得到符合變壓吸附原料氣要求的凈化氣。2臺(tái)預(yù)處理器并聯(lián)操作，交替輪換使用，通過(guò)程序控制程序控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。裝置主程序采用513/P工藝。吸附器所有的壓力均衡降都是用于其它吸附器的壓力均衡升以充分回收吸附器中氫氣含量高的氣體?；旌蠚庵械乃植?