碳分子筛变压吸附

PSA制氮机简介碳分子筛变压吸附(简称:PSA)制氮装置，是一种新型的空气分离的高新技术设备，以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，采用变压吸附流程制取氮气。

在常温常压下，利用空气中的氧和氮在碳分子筛表面的吸附量的差异及氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同,通过可编程序控制器控制气动阀的启闭，实现加压吸附、减压脱附的过程，完成氧、氮分离，得到所需纯度氮气，氮气的纯度和产气量可按照客户要求调节。

本公司生产的DFD系列普氮型制氮装置，氮气纯度为95%--99.999%，产气量为1Nm3 /h--3000Nm3 /h。

如果客户要求高纯度的氮气，则可以在DFD制氮装置后面配套我公司生产的加氢或加碳脱氧系列氮气纯化装置，纯度可以达到99.9999%，露点达到-70°C，氧含量为1ppm的高纯氮气。

PSA制氮机的特点、成本低：PSA先进工艺是一种简便的制氮方法，开机后几分钟产生氮气，能耗低，氮气成本远远低于深冷法空分制氮和市场上的液氮。

2、性能可靠：进口微电脑控制，全自动操作，无需要特别训练的操作人员，只需按下启动开关，就可自动运转，达到连续供气。

3、氮气纯度稳定：完全由仪表监控、显示，确保所需氮气纯度。

4、选用优质进口分子筛：具有吸附容量大，抗压性能强，使用寿命长等特点。

5、高品质的控制阀门：优质的进口专用气动阀门可以保证制氮设备可靠地运转。

6、雄厚的技术力量和优良的售后服务：现场安装只需管道和电源，专业技术人员指导和定期回访，从而保证设备稳定可靠、长期运行。

PSA制氮机的应用领域一．SMT行业应用充氮回流焊及波峰焊，用氮气可有效抑止焊锡的氧化,提高焊接润湿性，加快润湿速度减少锡球的产生，避免桥接，减少焊接缺陷，得到较好的焊接质量。

使用氮气纯度大于99.99或99.9%。

二．半导体硅行业应用半导体和集成电路制造过程的气氛保护，清洗，化学品回收等。

三．半导体封装行业应用用氮气封装、烧结、退火、还原、储存。

变压吸附脱氧
变压吸附脱氧是一种基于吸附原理的脱氧技术。

它通过使用具有特定吸附性能的吸附剂，在一定压力下将氧气吸附在吸附剂上，从而达到脱氧的目的。

该技术的吸附剂再生和分离过程在变压条件下进行，实现连续吸附和分离，从而实现高效、低能耗的脱氧效果。

在实际应用中，变压吸附脱氧技术通常采用碳分子筛作为吸附剂。

碳分子筛是一种具有高吸附性能的吸附剂，能够在一定压力下选择性吸附氧气，从而实现氧气的分离和净化。

同时，通过调节压力条件，可以实现吸附剂的再生和循环使用，进一步降低能耗和提高经济效益。

变压吸附脱氧技术具有较高的技术优势和应用前景。

首先，该技术具有较高的脱氧效率和较低的能耗，能够有效地降低产品中的氧气含量，提高产品的品质和安全性。

其次，该技术采用的吸附剂具有良好的选择性和稳定性，可以有效地延长吸附剂的使用寿命和降低运行成本。

最后，该技术具有灵活性和可扩展性，可以根据实际需求进行定制和优化，适用于各种规模的工业生产。

总之，变压吸附脱氧技术是一种高效、低能耗、环保的脱氧技术，具有广泛的应用前景和重要的实际意义。

变压吸附的基本原理变压吸附（PSA）技术是近30年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术，1942年德国发表了第一篇无热吸附净化空气的专利文献，60年代初，美国联合碳化物公司首次实现了变压吸附四床工艺技术的工业化。

由于变压吸附技术投资少，运行费用低，产品纯度高，操作简单，灵活，环境污染小，原料气源适应范围宽，因此，进入70年代后，这项技术广泛应用于化工，冶金，轻工及环保等领域。

吸附是指:当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。

具有吸附作用的物质（一般密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂。

被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。

吸附按其性质的不同可分为四类，即：化学吸附，活性吸附，毛细管凝缩和物理吸附，变压吸附（PSA）气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。

物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（包括范德华和电磁力）进行吸附。

其特点是应：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各项物质的动态平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。

变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附质温度的上升而下降。

利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸收而使其他组分得以提纯；利用吸附剂的第一个性质，可实现吸附剂在低温高压下吸附而在高温，低压下解吸再生，从而达构成吸附剂的吸附于再生循环，达到连续分离气体的目的。

2.吸附剂工业PSA-H2装置所选用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝，活性炭类，硅胶类和分子筛类吸附剂；另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的特殊吸附材料，如CO专用吸附剂和炭分子筛等。

吸附剂最重要的物理特征包括容积，孔径分布，表面积和表面性质等。

碳分子筛变压吸附提纯氮气模块名称预习考查题目权重1．碳分子筛吸附法从空气中分离提纯氮气的原理是什么？（）A．利用N2与O2在空气中的浓度差异，优先吸附N2气B．利用N2与O2在碳分子筛中扩散速率的差异，优先吸附O2气C．利用碳分子筛中的微孔尺寸的选择性，优先吸附O2气D．利用N2与O2在碳分子筛中扩散速率的差异，优先吸附N2气2．一个连续变压吸附分离装置，至少需要几个吸附柱，包括哪些操作步骤？（）A．2个，操作步骤包括系统充压、加压吸附、减压脱附、柱间气流切换B．3个，操作步骤包括系统充压、加压吸附、减压脱附、柱间气流切换C．1个，操作步骤包括系统充压、加压吸附、减压脱附D．3个，操作步骤包括加压吸附、减压脱附、柱间气流切换3．本实验采用什么工程手段来实现吸附和解吸操作？（）A．加压吸附，常压脱附B．加压吸附，升温脱附C．加压吸附，真空脱附D．低温吸附，高温脱附4．当吸附剂用量一定时，影响本实验变压吸附效果的主要因素有哪些？（）A．吸附压力、温度、气体流量、解吸压力B．吸附压力、气体流量、脱附压力、吸附时间E．吸附压力、气体流量、吸附时间D．温度、气体流量、脱附压力、吸附时间5．何谓穿透曲线？（）A．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓20度随时间的变化曲线B．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓度随气体流量的变化曲线C．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓度随吸附压力的变化曲线D．吸附柱出口流体中被吸附物质的浓度随进口浓度的变化曲线你的回答本模块得分[满分100]B|B|C|B|A 100 模块名称仪器选择题目权重选错一次扣5分10你的回答本模块得分[满分100]正确答案：吸附柱（2个）、微机、放空阀、流量计、CYES氧气分析仪、脱水柱、取样阀、空气压缩机及减压阀、脱油柱、缓冲罐、流量调节阀、水循环真空泵做错次数：0100模块名称操作步骤题目权重选错一次扣5分10你的回答本模块得分[满分100]正确答案：B、检查压缩机、真空泵、吸附装置和计算机之间的连接是否到位，接通压缩机电源，接通吸附装置上的电源和真空泵电源，开启计算机并打开“在线控制软件”，点击“泵开关”，开启真空泵。

实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。

吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。

一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。

变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。

本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。

A 实验目的（1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程；（2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素；（3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理；（4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。

B 实验原理物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。

因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。

碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。

N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为0.28nm，N2为0.3nm），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使两者分离。

然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为2.0×106，O2的速度比N2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N2得以提纯。

P S A变压吸附制氮原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998制氮机制氮机，是指以空气为原料，利用物理方法将其中的氧和氮分离而获得氮气的设备。

根据分类方法的不同，即深冷空分法、分子筛空分法(PSA)和膜空分法，工业上应用的制氮机，可以分为三种。

制氮机是按变压吸附技术设计、制造的设备。

制氮机以优质进口碳分子筛（CMS）为，采用常温下变压吸附原理（PSA）分离空气制取高纯度的氮气。

通常使用两吸附塔并联，由进口PLC控制进口气动阀自动运行，交替进行加压吸附和解压再生，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。

中文名制氮机含义制取氮气的机械组合工作原理利用碳分子筛的吸附特性主要分类深冷空分，膜空分，碳分子筛空分、11.2.3.工作原理PSA变压吸附制氮原理碳分子筛可以同时吸附空气中的氧和氮，其吸附量也随着压力的升高而升高，而且在同一压力下氧和氮的平衡吸附量无明显的差异。

因而，仅凭压力的变化很难完成氧和氮的有效分离。

如果进一步考虑吸附速度的话，就能将氧和氮的吸附特性有效地区分开来。

氧分子直径比氮分子小，因而扩散速度比氮快数百倍，故碳分子筛吸附氧的速度也很快，吸附约1分钟就达到90%以上；而此时氮的吸附量仅有5%左右，所以此时吸附的大体上都是氧气，而剩下的大体上都是氮气。

这样，如果将吸附时间控制在1分钟以内的话，就可以将氧和氮初步分离开来，也就是说，吸附和解吸是靠压力差来实现的，压力升高时吸附，压力下降时解吸。

而区分氧和氮是靠两者被吸附的速度差，通过控制吸附时间来实现的，将时间控制的很短，氧已充分吸附，而氮还未来得及吸附，就停止了吸附过程。

因而变压吸附制氮要有压力的变化，也要将时间控制在1分钟以内。

深冷空分制氮原理分子筛制氮机工艺流程图深冷制氮不仅可以生产氮气而且可以生产液氮，满意需要液氮的工艺要求，并且可在液氮贮槽内贮存，当出现氮气间断负荷或空分设备小修时，贮槽内的液氮进入汽化器被加热后，送入产品氮气管道满意工艺装置对氮气的需求。

碳分子筛变压吸附提纯氮气,实验报告实验报告一、实验目的1.了解气体吸附和压缩变化的实验原理和方法。

2.掌握碳分子筛提纯氮气的基本原理和方法。

3.正确操作反应器，调整参数，保证实验操作的可行性。

二、实验原理气体吸附和压缩变化是利用气体分子间相互作用力发生变化的现象。

当气体分子集中在碳分子筛的表面时，它们会被吸附到碳分子筛的内部孔道中。

当气体压力加大时，筛子内气体的压缩随着压力的增大而增大。

在反应器内，通过平衡吸附和压缩两种力作用的平衡状态来提纯气体，实现气体分离和回收。

氮气可以通过分子筛分离技术进行提纯。

在碳分子筛中，氮气分子的大小比氧气分子大，可以通过对分子筛进行调整来控制氮气和氧气分子的吸附和压力变化，从而达到提纯氮气的目的。

三、实验仪器和材料1.碳分子筛实验装置2.N2 /O2 混合气体（氮气和氧气的体积比为8：2）3.滴定用酸和碱四、实验步骤1.开启实验装置，调整氮气和氧气的流量，将混合气体导入碳分子筛反应器。

2.开始加压，一直加压至2.5Mpa，然后保持此压力稳定5分钟。

3.缓慢减压到空气，使压力恢复到大气压之下。

4.在反应器出口进行比色检测，检测混合气体中的氮气和氧气的含量，检测值在理论值的范围内。

5.使用滴定用酸和碱对氮气进行酸碱度测试，并进行鉴定。

五、实验结果与分析在实验中，搭载碳分子筛仪器，可以成功提纯氮气和氧气混合气体。

通过实验，发现在恒定压力下，碳分子筛的内孔对氧气和氮气具有不同的吸附能力，可以实现氮气和氧气的分离。

并且，实验物质的质量达到了实验目的，具体表现在反应器中氧气和氮气的比例在实验结果范围之内。

六、实验结论通过本实验的实验过程和结果分析，可以得出结论：使用碳分子筛仪器可以较好地分离氮气和氧气，实现提纯氮气的目的。

本实验的实验结果符合实验目的要求。

七、实验中的问题及处理方法在实验过程中，发现碳分子筛在加压和减压过程中的温度和压力变化影响到实验结果。

为了解决这个问题，通过测量温度和压力，对加压和减压速率进行了调整和控制，保证实验的准确性和可行性。

PSA制氮工作原理及流程变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。

碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示：碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现O2、N2的动力学分离。

这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。

碳分子筛对O2、N2的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率，N2分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。

压缩空气中的水和CO2的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。

最终从吸附塔富集出来的是N2和Ar的混合气。

碳分子筛对O2、N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来：由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使O2、N2的吸附量同时增大，且O2的吸附量增加幅度要大一些。

变压吸附周期短，O2、N2的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以O2、N2扩散速率的差别使O2的吸附量在短时间内大大超过N2的吸附量。

变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离，从而连续产出高纯度的产品氮气。

3．PSA制氮机装置基本工艺流程：PSA制氮机及二氧化碳脱除装置基本工艺流程示意图制氮机部分：空气经空压机压缩后，经过除尘、除油、干燥后，进入空气储罐，经过空气进气阀、左吸进气阀进入左吸附塔，塔压力升高，压缩空气中的氧分子被碳分子筛吸附，未吸附的氮气穿过吸附床，经过左吸出气阀、氮气产气阀进入氮气储罐，这个过程称之为左吸，持续时间为几十秒。

左吸过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过上、下均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间为2~3秒。

变压吸附的基本原理变压吸附的基本原理是：利用吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。

变压吸附脱碳技术就是根据变压吸附的原理，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的CO2等杂质组分，而氢气、氮气、甲烷等不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离，而通过降低吸附床的压力使被吸附的CO2等组分脱附解吸，使吸附剂得到再生。

吸附器内的吸附剂对不同组份的吸附是定量的，当吸附剂对有效组份的吸附达到一定量后，有效组份从吸附剂上能有效地解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有实用意义。

故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生阶段。

对每个吸附器而言，吸附过程是间歇的，必须采用多个吸附器循环操作，才能连续制取产品气。

吸附过程有以下特性：①吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异；②一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随着其分压的降低而减少。

采用“抽空降压”的解吸工艺，可降低吸附的CO2等组分的分压，以使吸附剂得到彻底再生。

多床变压吸附的意义在于：保证在任何时刻都有相同数量的吸附床处于吸附状态，使产品能连续稳定地输出；保证适当的均压次数，使产品有较高的回收率。

变压吸附概况变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA）是一种新型气体吸附分离技术，它有如下优点：⑴产品纯度高。

⑵一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能经济。

⑶设备简单，操作、维护简便。

⑷连续循环操作，可完全达到自动化。

因此，当这种新技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速，并日益成熟。

1960年Skarstrom提出PSA专利，他以5A沸石分子筛为吸附剂，用一个两床PSA装置，从空气中分离出富氧，该过程经过改进，于60年代投入了工业生产。

变压吸附制氮机碳分子筛分离设备工艺原理引言气体分离技术在化工、能源、生物、医学等许多领域有着广泛的应用。

变压吸附式制氮机碳分子筛分离设备是一种常用的氮气制备设备。

本文将重点介绍变压吸附式制氮机碳分子筛分离设备的工艺原理和相关参数。

设备介绍变压吸附式制氮机碳分子筛分离设备是一种通过碳分子筛分离空气中的氮气和氧气的技术，从而得到高纯度氮气的设备。

设备主要由压缩机、变压器、冷凝器、碳分子筛罐、闸板阀、流量计、压力表、仪表阀等部件组成。

工作原理变压吸附式制氮机碳分子筛分离设备的工作原理建立在压力变化和碳分子筛的选择吸附性能上。

该设备的工作过程分为两个阶段：吸附阶段和脱附阶段。

吸附阶段在吸附阶段，设备首先将压缩的气体通过变压器和冷凝器冷却，使气体的水分和杂质减少，然后通过闸板阀进入碳分子筛罐中。

碳分子筛具有选择性吸附的性质，根据MOF-5、CB-MOF和MILs等的分子筛吸附原理，对氮气和氧气的吸附能力不同，因而可以选择性吸附氮气，达到分离氮气和氧气的目的。

当碳分子筛吸附氮气达到饱和时，需要停止进气，进入下一个脱附阶段。

脱附阶段在脱附阶段，利用变压器调节低压气体的压力，而不断对碳分子筛罐进行再生。

当变压器输出低压气体与碳分子筛相接触时，会由于低压气体通量和温度的升高而使碳分子筛上的氮气脱附，脱附后的氮气将被挤出设备。

当还原氛围中的温度升高到一定程度时，可以停止脱附阶段，等待一定时间，然后重新开始吸附阶段。

设备参数变压吸附式制氮机碳分子筛分离设备的主要参数涉及到进气压力、脱附压力、脱附时间、吸附时间、氮气流量、控制元件类型等。

进气压力一般维持在1-10bar的范围内，脱附压力为0.1-1.0bar，脱附时间约为5-20秒，吸附时间为约为20-60秒，氮气流量一般可以从0.5-100N m3/h。

控制元件类型包括高级PLC等。

结论变压吸附式制氮机碳分子筛分离设备的分离效率高，可以生产获得高纯度氮气，得到了广泛应用。

实验十五碳分子筛变‎压吸附提纯‎氮气利用多孔固‎体物质的选‎择性吸附分‎离和净化气‎体或液体混‎合物的过程‎称为吸附分‎离。

吸附过程得‎以实现的基‎础是固体表‎面过剩能的‎存在，这种过剩能‎可通过范德‎华力的作用‎吸引物质附‎着于固体表‎面，也可通过化‎学键合力的‎作用吸引物‎质附着于固‎体表面，前者称为物‎理吸附，后者称为化‎学吸附。

一个完整的‎吸附分离过‎程通常是由‎吸附与解吸‎（脱附）循环操作构‎成，由于实现吸‎附和解吸操‎作的工程手‎段不同，过程分变压‎吸附和变温‎吸附，变压吸附是‎通过调节操‎作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与‎解吸的操作‎循环，变温吸附则‎是通过调节‎温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操‎作。

变压吸附主‎要用于物理‎吸附过程，变温吸附主‎要用于化学‎吸附过程。

本实验以空‎气为原料，以碳分子筛‎为吸附剂，通过变压吸‎附的方法分‎离空气中的‎氮气和氧气‎，达到提纯氮‎气的目的。

A 实验目的（1）了解和掌握‎连续变压吸‎附过程的基‎本原理和流‎程；（2）了解和掌握‎影响变压吸‎附效果的主‎要因素；（3）了解和掌握‎碳分子筛变‎压吸附提纯‎氮气的基本‎原理；（4）了解和掌握‎吸附床穿透‎曲线的测定‎方法和目的‎。

B 实验原理物质在吸附‎剂（固体）表面的吸附‎必须经过两‎个过程：一是通过分‎子扩散到达‎固体表面，二是通过范‎德华力或化‎学键合力的‎作用吸附于‎固体表面。

因此，要利用吸附‎实现混合物‎的分离，被分离组分‎必须在分子‎扩散速率或‎表面吸附能‎力上存在明‎显差异。

碳分子筛吸‎附分离空气‎中N2和O‎2就是基于‎两者在扩散‎速率上的差‎异。

N2和O2‎都是非极性‎分子，分子直径十‎分接近（O2为0.28nm，N2为0.3nm），由于两者的‎物性相近，与碳分子筛‎表面的结合‎力差异不大‎，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对‎N2和O2‎的吸附并无‎选择性，难于使两者‎分离。

碳分子筛分离空气最佳吸附时间的测定摘要本文回顾了变压吸附(PSA)近些年来的发展现状,并且介绍了变压吸附技术应用的领域,同时阐明了变压吸附技术在分离空气制取富氧方面的优越性,并指出了我国在PSA技术研究领域与国际先进水平的差距及国内外的最新研究成果和进一步开展PSA研究的方向，以及碳分子筛在分离空气时的最佳吸附时间的测定。

PSA利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体残液混合物的过程称为吸附分离。

吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩的存在，这种过剩能可通过范德华的作用吸引物质附着与固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。

一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压吸附）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附、升温吸附）完成循环操作。

变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。

本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。

关键词变压吸附、流量、穿透曲线、碳分子筛一、引言变压吸附（简称PSA）技术是一项气体分离及净化的高新技术，是当今世界重要的气体分离技术。

推广中心从20世纪70年代初即在国内率先进行这一技术的研究工作，并在60年代迅速发展起来的。

在此期间，一方面是由于随着世界能源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用，以及各国对环境污染的治理要求也越来越高，使得吸附分离技术日益受到重视；在另一方面，60年代以来，吸附剂也有了重大进展，如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功，活性炭吸附剂、活性氧化铝和硅胶性能的不断改进等等，这些都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。

在80年代初已经成功的实现工业化。

目前推广中心在变压吸附技术所涉及的吸附剂、专用程控阀、自动控制系统和工艺技术都有不断创新或重大突破，吸附剂的研究在全国处于核心地位；自动控制采用当今世界先进水平的DCS集散系统；研制、生产出达到世界先进水平的各种类型几十个品种的专用程控阀。

变压吸附原理在吸附平衡情况下，任何一种吸附剂在吸附同一气体时，气体压力越高，则吸附剂的吸附量越大。

反之，压力越低，则吸附量越小。

在空气压力升高时，碳分子筛将大量吸附氧气、二氧化碳和水分。

当压力降到常压时，碳分子筛对氧气、二氧化碳和水分的吸附量非常小。

变压吸附设备主要由A、B二只装有碳分子筛的吸附塔和控制系统组成。

当压缩空气从下至上通过A塔时，氧气、二氧化碳和水分被碳分子筛所吸附，而氮气则被通过并从塔顶流出。

当A塔内分子筛吸附饱和时便切换到B塔进行上述吸附过程并同时对A 塔分子筛进行再生。

所谓再生，即将吸附塔内气体排至大气从而使压力迅速降低至常压，使分子筛吸附的氧气、二氧化碳和水分从分子筛内释放出来的过程，整个吸附，再生过程为120秒。

然气制氢由天然气蒸汽转化制转化气和变压吸附(PSA)提纯氢气(H2)两部分组成，压缩并脱硫后天然气与水蒸汽混合后，在镍催化剂的作用下于820~950℃将天然气物质转化为氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的转化气，转化气可以通过变换将一氧化碳(CO)变换为氢气(H2)，成为变换气，然后，转化气或者变换气通过变压吸附(PSA)过程，得到高纯度的氢气(H2)。

天然气制氢气也是一个比较传统的技术，以前常用于大规模的氢气供应场合，例如5000m3/h以上的氢气供应量。

我们根据中国氢气用户分散而且规模较小的特点，开发了低投资和低消耗的天然气蒸汽转化制氢技术，非常适合中小规模的氢气需求场合。

在天然气丰富的地区，天然气制氢是最好的选择。

我公司已经为国内和国外用户建设了这类装置和转让了技术。

典型装置中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司天然气制氢装置天然气制氢的主要技术：天然气蒸汽一段转化技术，适合中小规模的制氢。

天然气蒸汽一段转化串接纯氧二段转化技术，适合于中大规模的制氢。

天然气两段换热式转化技术，适合中等规模的制氢技术。

天然气部分氧化制氢，适合大规模的制氢。

焦炉气部分氧化制氢，适合焦炉气资源丰富的地区。

2．碳分子筛变压吸附（PSA ）空分制氮原理吸附剂（碳分子筛）吸附剂是变压吸附系统的核心。

碳分子筛是一种速度型的吸附剂，广泛应用于空气分离制取氮气。

其对空气中N 2、O 2的吸附分离主要是基于：在一定时间内，其对空气中O 2的吸附速度远远大于N 2的吸附速度（如图2-1、2-2所示）。

吸附压力在吸附平衡情况下，空气压力越高，则碳分子筛（吸附剂）对N 2、O 2的吸附量越大。

反之，压力越低，则吸附量越小（图2-3所示）MPa ）图2-3:吸附压力曲线图2-1: 用于空气分离的碳分子筛相对吸附量 相对吸附量 0 60 120 180 240 360吸附时间（sec ）图2-2:吸附速度曲线碳分子筛变压吸附制氮根据图2-3所示，利用吸附剂在不同压力下对气体吸附量不同的原理，对气体进行加压吸附，减压解吸脱附的循环操作，即变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）。

PSA气体分离技术广泛应用于空气干燥、空气分离（提取氮气或氧气），其它气体提纯等领域。

碳分子筛变压吸附制氮是：应用PSA气体分离技术，以碳分子筛为吸附剂，以压缩空气为原料，利用碳分子筛在一定时间内对N2、O2的吸附速度差异，在密闭容器内进行加压吸O2产N2，减压脱附O2的循环操作过程。

变压吸附制氮的技术应用模型图2-4所示，变压吸附制氮技术的最简单应用单元是由一只装满碳分子筛的吸附器、进气管路、出气管路和程控阀门组成。

如图2-4（左）所示，当压缩空气从进气端进入，流经吸附器内的吸附剂（碳分子筛）时，压缩空气中的O2被吸附，而未被吸附的N2则被富集起来，由出气端流出。

如图2-4（右）所示，在一段时间后，碳分子筛吸附饱和，则关闭进气阀和出气阀并打开排气阀，就可以对吸附剂进行解吸再生。

再生完全后则进入下一个吸附周期。

图2-4（左）:吸附应用单元图2-4（右）:吸附应用单元。