下载文档原格式
变压吸附技术是利用不同组分在固体吸附剂上的吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异，以及吸附量随压力的变化而变化的特性，加压条件下完成吸附过程，减压脱附被吸附的组分，以实现气体分离或提纯和吸附剂循环使用的目的。
PSA技术于1962年实现工业规模的制氢。
进入70年代，PSA技术获得了快速发展，工艺越来越完善，成本不断降低，使用范围越来越广泛，成为近几十年来发展最快的化工分离技术之一。
与其它气体分离技术相比，PSA 技术具有以下优点：(1)低能耗，PSA 工艺适应的压力范围广，对于有压力的气源可以省去加压的能耗。
PSA 过程是在常温下操作，省去了加热或冷却的能耗。
(2)产品纯度高，并且可以根据产品需要或工艺条件的变化，在较大范围内灵活调节产品的纯度(3)工艺流程简单，可实现多种气体的分离，对硫化物、水、烃类、氨等杂质有较强的承受能力，无需预处理。
(4)装置由计算机控制，操作方便，装置可以实现全自动化操作。
(5)装置操作弹性大，调节能力强，只要稍加调节就可以改变生产负荷，并且在不同负荷下生产时产品的质量可以保持不变，仅回收率会稍有变化。
装置对原料气中杂质的含量和压力等条件的改变也有很强的适应能力，且调节范围很宽。
(6)投资少，操作费用低，维护维修简单。
(7)吸附剂寿命长。
一般可使用十年以上。
(8)装置可靠性高。
PSA 装置一般只有程序控制阀是运动部件，而目前国内外的程序控制阀的使用寿命都很长，故障率极低，所以装置的可靠性很高。
如今计算机专家开发的诊断系统，具有故障自动诊断、吸附塔自动切换等功能，进一步提高了装置的可靠性。
(9)环境效益好。
PSA 装置的运行不会造成新的环境污染，几乎不产生“三废”。
变压吸附技术以其独特的优势成为分离提浓甲烷的研究热点，但是由于缺乏令人满意的吸附剂，而使该技术在甲烷提纯中面临困难。
因此，选择合适的吸附剂是变压吸附技术的关键。
工业上吸附分离过程中使用的吸附剂通常都是循环使用的，为了使吸附分离法经济有效的实现，除了吸附剂要具有良好的吸附性能以外，吸附剂的再生方法也具有关键意义。
吸附剂的再生程度决定了产品的纯度，也影响吸附剂的吸附能力；吸附剂的再生时间决定了吸附循环周期的长短，也决定了吸附剂用量的多少。
因此选择合适的再生方法，对吸附分离法工业化起着重要作用。
从描述吸附平衡的吸附等温曲线可以看出，在同一温度下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附质的分压（浓度）的上升而增大；在同一吸附质分压（浓度）下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附温度的升高而减少。
也就是是说加压降温有利于吸附质的吸附，降压加温有利于吸附质的解吸或吸附剂的再生。
按照吸附剂的再生方法，通常将吸附分离循环过程分为两类：变温吸附和变压吸附变温吸附.（Temperature Swing Adsorption缩写为TSA）就是在较低温度（常温或更低）下进行吸附，在较高温度下使吸附的组分解吸出来，使吸附剂再生，循环使用，即变温吸附是在两条不同的等温吸附线之间上下移动进行着吸附和解吸过程。
变温吸附通常适用于原料气中杂质组分含量低、产品回收率要求较高或难解吸杂质组分的分离过程。
变压吸附（Pressure Swing Adsorption缩写为PSA）就是在较高压力下进行吸附，在较低压力（甚至真空状态）下使吸附的组分解吸出来，使吸附剂再生，得以循环使用。
由于变压吸附循环周期一般较短，吸附热来不及散失可供解吸用，吸附热和解吸热引起的床层温度变化很小，可以近似看作等温过程。
工业变压吸附分离过程中，采用哪种再生方法是根据被分离气体混合物中各组分的性质、产品纯度和收率要求、吸附剂的特性以及操作条件等来选择的，通常是几种再生方法配合实施。
无论采用何种方法再生，再生结束时吸附床内吸附质的残留量不会等于零，即吸附床内吸附剂不可能彻底再生，而只能将吸附床内吸附质的残留量降低至最小。
2.1 吸附的概念变压吸附（PSA）技术是近30 多年来发展起来的一项新型气体分离与净化技术。
空气分离的几种主要技术变压吸附（PSA）空气分离技术自世界上第一套变压吸附制氧设备用于废水处理出现来，PSA工艺得到了迅猛的发展，相继用于提取氢气、氦气、氩气、甲烷、氧气、二氧化碳、氮气、干燥空气等应用中。
与此同时，各种吸附剂品种和性能也得到显著的提高。
随着吸附剂性能和品种不断提高，新的纯化分离技术被用于优化的吸附工艺。
变压吸附制氧工艺经历了超大气压常压解吸流程到穿透大气压真空解吸流程。
吸附床数量也有数床转化到双床直至单床。
使流程更实用经济。
1.变压吸附工艺一般包括以下四个步骤：（1）原料空气通过吸附床的入口端，在高吸附压力下选择吸附氮气（根据生产气而定），而未被吸附的产品（氧）从吸附床的另一端释放出来。
（2）吸附床泄压到较低的解吸压力，解吸出来的氮气从吸附床的进料端排出。
（3）通过引入吹除气进一步解吸被吸附的氮气。
（4）吸附床重新增压到较高的吸附压力。
在一个周期内按照上述顺序重复操作并随后按需补入原料气即可继续得到产品气。
2.VPSA双床制氧工艺过程简介, 双床VPSA制氧工艺流程简图1 -12所示。
系统包括一台空气增压机，内装高效吸附能力的合成氟石分子筛，切换阀门一套，真空泵一台，富氧缓冲罐一台以及计算机控制系统。
该装置在一个循环周期内大致经历（1）吸附床以某一中间压力增压到高的吸附压力。
（2）在较高吸附压力条件下，从吸附床进料端引入原料空气并从吸附床出口端流出很少被吸附的富氧产品气。
（3）顺放（或均压）用吸附床产品端释放出来的气体对系统中的另一初始压力较低的吸附床充压至某一中间压力。
（4）逆流泄压到较低的解吸压力，吸附床内废气从原料进口端释放出来。
（5）接着，吸附床被均压到前面所说的某一中间压力，均压气流经吸附床产品端，它来于系统中另一初始压力较高的吸附床。
1进口过滤器2空气压气机3冷却器4真空泵5、6吸附床7储气罐8备用液态氧9氧压机10负载跟踪装置11计算机控制和分析装置12远程控制中心图1-12双床流程简图此外，在每只吸附床的相同部位对床层内温度进行监测，以便跟踪每个床内的温度曲线。
变压吸附空气分离技术的开发与应用顾飞龙(上海化工研究院,上海市200062) 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 制氮1 引言 传统的气体分离工艺有溶剂吸收法和低温分离法两大类。
由于吸收法需耗用大量水、蒸汽等,低温蒸馏法虽技术水平日臻完善,但单位产量能耗较高,所以这两种分离方法正逐渐地丧失它们的领地。
近30年来,变压吸附(简称PSA )技术作为非低温法的代表,与膜分离等新型分离方法一起迅猛发展,包括中小型空气分离装置在内,PSA 技术以独特的优点,不断拓展了其工业应用领域,并逐步走向大型化。
2 变压吸附基本原理 211 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不同的,在两相界面处会产生积蓄(浓缩),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。
212 常用的吸附剂 主要有活性白土、硅胶、活性氧化铝、活性碳、碳分子筛、合成沸石分子筛等。
吸附剂制造工艺的发展已能合成出孔径分布均一、微孔直径可按需确定的吸附剂,使分离某些分子、原子大小非常接近的一些介质成为现实。
一些新型吸附剂和专用吸附剂的开发成功,使变压吸附工艺和应用领域不断向前发展。
213 吸附剂的再生 为使吸附分离法经济有效地应用,除吸附剂要有良好的吸附选择性能外,吸附剂的再生也很关键。
吸附剂的再生程度直接影响着吸附剂的吸附能力及产品的纯度。
吸附剂的再生时间在一定程度上决定了吸附剂循环周期的长短,同时也决定了吸附剂的效率。
因此,选择合适的再生方法,对吸附分离法的工业化起着重要的作用。
按吸附剂的再生方法可将吸附分离循环过程分为变温再生吸附法和变压吸附法两大类,见图1。
图1 变温、变压吸附示意图 21311 变温再生吸附法 在较低温度下吸附,随后通过加热升温的方法使吸附剂解吸再生。
制氧机原理变压吸附(psa)技术下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
本文下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Downloaded tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help you solve practical problems. The documents can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!制氧机原理变压吸附（PSA）技术是一种重要的气体分离技术，广泛应用于医疗、工业、生活等领域。
psa分离一氧化碳工艺
PSA分离一氧化碳工艺是一种变压吸附技术，该技术主要利用固定吸附床在加压和减压条件下对混合气体中不同组分进行吸附和解吸，从而实现对混合气体中目标组分的分离和提纯。
在PSA分离一氧化碳工艺中，首先将含有一氧化碳的混合气体送入吸附床，在加压条件下，吸附床中的吸附剂选择性地吸附混合气体中的一氧化碳，而其他组分则通过吸附床流出。
随后，吸附床进行减压操作，吸附在吸附剂上的一氧化碳解吸出来，同时吸附剂得到再生，以便进行下一轮的吸附操作。
通过反复进行加压吸附和减压解吸操作，可以实现对混合气体中一氧化碳的高效分离和提纯。
PSA分离一氧化碳工艺具有单套制氢量大、操作灵活、适应性强等优点，因此在工业上得到了广泛应用。
特别是在冶金、化工等行业，该工艺可以实现对废气中一氧化碳的有效回收和利用，提高能源利用效率和环境保护水平。
需要注意的是，PSA分离一氧化碳工艺的具体操作参数和工艺条件需要根据不同的应用场景和混合气体的组成进行调整和优化，以保证分离效果和经济效益的最大化。
变压吸附（PSA）技术浅论变压吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）分离技术是一种低能耗的气体分离技术。
变压吸附工艺所要求的压力一般在0.1～2.5MPa，允许压力变化范围较宽，一些有压力的气源，如氨厂弛放气、变换气等，本身的压力可满足变压吸附（PSA）工艺的要求，可省去再次加压的能耗。
变压吸附（PSA）分离技术目前主要应用于以下领域：提纯氢气（H2）、提纯一氧化碳（CO）、变换气脱除二氧化碳（CO2）、）回收二氧化碳（CO2）、空气分离制氧（O2）、）空气分离制氮（N2）、）回收乙烯（C2H4）、聚丙烯尾气回收丙烯（C3H6）、天然气回收轻烴、回收聚氯乙烯尾气。
1.变压吸附工艺过程变压吸附循环是吸附和再生的循环，吸附过程是吸附剂在加压时吸附混合气中的某些组份，未被吸附组份通过吸附器层流出，当吸附剂被强吸附组分饱和以后，吸附塔需要进入再生过程，也就是解吸或脱附过程。
工艺过程中吸附器的压力变化如图所示。
真空解吸：升压过程（A-B）：经真空解吸再生后的吸附器处于过程的最低压力P0、床内杂质吸留量为Q1（A点）. 在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1不变（B点）。
吸附过程（B-C）：在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附器，同时输出产品组分. 吸附器内杂质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时（C点）停止进入原料气，吸附终止. 此时吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂（如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’点）。
顺放过程（C-D）：沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于别的吸附器升压或冲洗. 在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3不变. 当吸附器降压到D 点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。
逆放过程（D-E）：开始逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1（通常接近大气压力），床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。
psa气体变压吸附分离技术PSA气体变压吸附分离技术: 从简到繁，由浅入深导语：气体分离和纯化是工业领域的一个关键过程，而PSA （Pressure Swing Adsorption）气体变压吸附分离技术，作为一种高效、经济、灵活的分离技术方案，日益受到广泛关注和应用。
本文将从深度和广度的角度，全面评估PSA气体变压吸附分离技术，并通过多个层面的探讨，帮助读者更好地理解这一重要的技术。
一、基础概念1.1 PSA气体变压吸附分离技术的定义和原理PSA气体变压吸附分离技术是一种基于吸附剂对气体成分具有不同的吸附亲和力的原理上所实现的分离技术。
该技术通过高压吸附和低压解吸的循环操作，利用吸附剂对气体成分的选择性吸附特性，实现对混合气体分离和纯化的目的。
该技术主要应用于各类气体的纯化、富集、去除杂质等过程，可以高效、经济地达到对目标成分的高纯度分离。
1.2 PSA气体变压吸附分离技术的发展历程PSA技术的发展可以追溯到上世纪50年代早期，最早用于氢气的分离和纯化。
随着科学技术的不断进步和工业需求的增长，PSA技术逐渐应用于多个领域，涉及的气体种类也从氢气扩展到氧气、氮气、甲烷等多种气体。
近年来，PSA技术在能源、化工、环保等行业得到广泛应用，成为气体处理领域的一项重要技术工艺。
二、关键工艺与技术参数2.1 吸附剂的选择和设计吸附剂是PSA技术中的核心元素，其选择和设计直接影响系统的性能和效率。
根据不同的气体吸附特性，需要选择适合的吸附剂，并根据工艺要求进行载气和吸附剂的匹配。
常用的吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶等。
吸附剂的选择应综合考虑吸附容量、吸附速度和再生能力等因素，以达到对目标成分高效吸附与解吸的要求。
2.2 PSA循环过程参数的优化PSA循环过程包括吸附、解吸、排附和再生等多个阶段，其中各阶段的参数优化对系统的性能至关重要。
如吸附时间和解吸时间的选择、吸附和解吸压力的调节、再生步骤的优化等，都需要综合考虑吸附剂的性能和工艺的经济性，以实现气体分离的高效率和低能耗。
变压吸附(PSA )空气分离工艺技术进展韩跃斌,王一平,边守军,郭翠梨,张金利(天津大学化工学院 300072)摘要:论述了PSA 法空分的工艺技术,为提供产品气纯度和回收率而对工艺流程作出的改进,并提出了PSA 法空分工艺流程下一步的研究方向。
关键词:PSA ;空分;工艺流程中图分类号:TQ02811 文献标识码:A 文章编号:100129219(1999)06236207收稿日期:19992012130 前言O 2和N 2是化学工业中重要的原料,在冶金、电子、环保以及医疗等领域都有广泛的用途。
O 2和N 2都由空气分离得到,以前主要采用低温精馏法(即深冷法)制取,变压吸附(PSA )分离法出现后,开始应用于空分领域,并且技术日益成熟,首先在中小规模空气分离领域,尤其是供应富氧或富氮时,PSA 法空分工艺建立了自己的优势。
与深冷法相比,PSA 法的优点在于,常温操作,启动时间短,投资少,自动化程度高,占地面积少,产品纯度调节方便,工艺设备简单等。
目前,新发展的膜分离法为世人所瞩目,有设备紧凑、简单、处理量大和投资费用较低等优点,但也存在薄膜易于损坏、对原料气净化要求高、操作压力大、维修费用高、可靠性差等弱点,制膜技术有待不断改进,与之相比,PSA 法空分已经比较成熟。
一段时间以来,在保持PSA 法经济性的前提下,人们把提高产品气的纯度和回收率作为目标,深入研究了PSA 法空分流程的各个步骤和影响纯度及回收率的因素,改进了操作时序和管路流向,开发了一些新工艺,使PSA 法生产的O 2纯度可达到9915%,N 2的纯度更高达9919%甚至99199%以上,回收率也可达到60%。
本文主要概括了人们为了提高产品纯度和回收率而对传统PSA 工艺所作的改进,以及另外一些有创新的工艺,并总结了影响产品气纯度和回收率的一些因素。
1 真空变压吸附(VSA )PSA 法空分操作压力是根据装置规模、产品纯度和用途,分别使用由大气压至014×105Pa 的吸附压力,和由真空至大气压的解吸压力。
一般来讲,若提高吸附压力,则吸附剂的吸附容量会增加,因此可以减少吸附剂用量,但是由于解吸排出的废气量增加,致使收率降低。
可采用真空再生法将吸附压力降低至接近大气压,抽真空解吸,这种方法简称为VSA ,已经成为变压吸附的主流,早在1993年前后,日本已经有大约200台大、中型VSA 流程装置(解吸压力变动范围为(01013～0105)×105Pa 表压)在运行[1]。
VSA 提高产品气纯度和收率的效果很明显。
日本专利报道[2],同样以CMS 作吸附剂制氮,常压再生法N 2纯度为9910%,而真空再生时N 2纯度可达到9919%。
这是因为,真空再生使得吸附相解吸更彻底。
如图1[3]所示是PSA 制氮分别用真空解吸和大气压解吸时氮收率的比较。
与高压吸附的PSA 流程相比,VSA 另一个优点是能耗降低。
高压吸附流程能耗主要在原料气的压缩能耗,而采用真空解吸时,抽真空的负载仅是吸附相组分,只是原料气的一部分,而且抽真空过程中床的真空度是逐渐提高的,到了最后阶段才达到较高的压力比。
因此负载小、处于高压力比的时间短使得VSA 的能耗比常压解吸的PSA 有较大的降低。
图1 两种再生法的效果对比2 高浓度制氧装置现在PSA 制氧一般采用真空再生法(VSA ),是依据Bayer (西德)申请的专利进行的,随后申请的许多专利,都是在流程中增设一些装置,或改变操作时序,来提高O 2的纯度和收率,其中之一是压力平衡法。
这种流程包括在吸附的最后阶段,回收空气中残留的接近出口产品浓度的O 2,把它送入真空再生塔,可使O 2的收率达到60%以上。
如图2所示是日本酸素开发[3]的用压力平衡法回收O 2的流程切换程序。
图2 日本酸素株式会社开发的PSA 制氧工艺示意图第一步是进行压力平衡,分别在塔上部回收高浓度的氧气,在塔下部回收空气组成的气体。
用这种方法既充分回收了床内的余留气体,又不致引起再生后床层产品端的污染。
第二步是进行正常抽空。
第三步是在抽空期间用一部分产品气吹洗再生塔。
吹洗可加速吸附剂对氮的脱附。
日本酸素的工艺可制取浓度达93%～9515%的高浓度氧,且回收率高。
由于Ar 与O 2在沸石分子筛上的吸附性能极其相近,用沸石分子筛制氧时,Ar 与O 2一起被浓缩,即使将N 2脱除至110×10-4,产品气中O 2的含量也只能是9512%,其它多达418%是Ar 。
因此,单纯用沸石分子筛PSA 制O 2工艺,不可能将O 2浓缩至9512%以上,而在实际应用中,例如炼钢过程,需要用大量的高纯度O 2。
日本住友精化公司[4]已经研制成功一种新的PSA 制O 2装置,该装置在沸石分子筛的基础上,使用了优先吸附O 2的碳分子筛来脱除Ar ,脱完Ar 的富氧气体再通过沸石分子筛吸附柱除去氮气,结果能将O 2浓缩至9915%,其流程如图3所示。
图3 高浓度制氧装置3 高浓度制氮装置沸石分子筛和碳分子筛(CMS )都可以用作吸附剂制取氮气,前者是在解吸过程中从吸附相得到氮,后者是在吸附过程中从气相中获得氮。
从工艺流程来分析,CMS 制氮的流程比较简单,产品氮的纯度较高,氮的回收率也高。
但是,因制氮用的CMS 是凭其吸附速率不同而分离氮和氧的,对吸附剂的孔径要求很严格,世界上能够用CMS 工业化生产高性能氮的只有四家公司[3],它们是德国的BF 公司,美国的Calgoh 碳公司,日本的Takeda 化学工业有限公司和Kuraray 化学品有限公司。
国产CMS 的性能欠佳,而沸石分子筛的生产工艺成熟,供应充足,因此国内使用沸石分子筛制氮较多。
311 沸石分子筛制氮O 2和N 2在沸石分子筛上都具有明显的共吸附,O 2共吸附量达到22%以上[5],用沸石分子筛制N 2是将吸附相解吸得到产品N 2,因此,要想得到高纯度的氮气,要注意两个问题:一是要对空气进行预处理,除去水和CO 2,因为水和CO 2在沸石分子筛上容易吸附而不易解吸;二是在解吸之前必须用纯N 2回冲,使N 2置换共吸附于沸石分子筛上的O 2。
在沸石分子筛制N 2工艺流程中,一般采用3个吸附塔,它们交替进行吸附、解吸和回氮。
回氮是为了获得纯度更高的N 2,它是从吸附塔引出一小部分产品N 2进行置换冲洗,不但置换了吸附剂上共吸附的O 2,也将吸附剂空隙和死空间中的气体(含有一定量的杂质O 2)置换掉。
近年来对工艺过程的改进主要着眼点在于,循环各步骤的设置方式以及顺放气的回收和利用。
K obe Steal [6]开发了一套利用沸石制高纯氮的PSA 流程,包括两个预处理床和三个分离床,每次循环有以下6个步骤(1)加压;(2)吸附;(3)回收;(4)间隔;(5)吹洗;(6)解吸。
各床的循环程序如图4所示。
图4 三床制氮PSA 工艺循环程序加压:通入经过预处理的空气,将分离床加压到接近大气压。
吸附:使经过预处理的空气通过分离床,吸附压力升高到吸附所需压力。
回收:中断原料空气,在吸附压力下,用氮吹洗排出气对分离床进行顺向预吹洗。
吹洗排出气中N 2的浓度较高,在此步骤中回收了这一部分N 2。
间隔:用于补充运行中的额外时间。
冲洗:在吸附压力下,用高纯氮气顺向冲洗分离床,冲洗排出气送到正进行回收步骤的另一床中。
冲洗连续进行直到该分离床被高纯氮气饱和为止。
解吸:顺向抽空氮饱和床,产生高纯氮。
一部分用作其它床的冲洗气,其余作为产品输出。
Jong 2Nam K im 等人[7]对K obe Steal 工艺进行了深入的研究,发现N 2的纯度随回流比的增加而迅速提高,然后缓慢增加。
他们从理论和实验上都验证了,在纯度大于99%的范围内,回流步骤极其重要,可以大幅提高回收率和产率。
在他们的一次典型实验中,吸附压力011MPa ,解吸压力1199818～1466512Pa ,得到了纯度为99199%的高纯氮,回收率为55%,产率为218L ・kg -1・min -1。
312 用CMS 制氮CMS 对O 2的吸附速率较小,传质区向产品端充分延伸到塔里面,为了提高产品N 2的回收率,流程中必须包括均压步骤。
但是如果回收气包含大量O 2时,由于其吸附速率慢,氧就很容易流出而进入产品气,使之纯度下降。
所以,应尽量使均压时间长一些,并且采用两端同时均压,在塔的上部只回收接近产品纯度的气体,这样的好处是既充分回收了床内的余留气体,又不致引起再生后床层产品端的污染。
A I Shirley 等人[8]发现,在用CMS 作吸附剂的PSA 流程生产N 2时,当要求的N 2纯度不是很高时,纯度与循环时间没有直接关系,但是如果要生产高纯度的N 2,循环时间增加,产品纯度增加。
对于通过吸附塔后N 2中仍含有的微量O 2,美国KEMP 公司[9]提供了一种去除办法,就是用一个钯催化剂的催化反应器进行反应消耗掉O 2,流程中还增加了一组电加热式干燥塔以除去H 2与O 2反应生成的水分。
KEMP -595工艺流程能制取纯度为991995%,出口压力为0148MPa 的高纯N 2。
此流程虽增加了设备投资,但对于需要高纯度N 2的场合,还是有价值的。
4 PSA 空分的一些新工艺411 PSA 和连续膜分离(CMC )联合工艺早在几十年前已经开始了用聚合物膜进行图5 连续膜分离塔原理图图6 PSA-CMC装置示意图A—吸附塔;B、C—压缩机;E—富集塔;M—质量流量计;P—刻度压力表;R—转子流量计;V—针阀; S—贫化塔;SP—取样孔;ST—稳压罐气体分离的研究,随后膜分离法开始用于空分。
膜分离法空分的原理是O2透过聚合物膜的速度比N2和Ar快[10],从而在低压侧富集。
用单级膜从空气中分离O2,最好的情况也只能生产约65%的富氧[11],如果用多级串联来生产高浓度O2,操作繁琐且成本高,较好的办法是采用所谓的“连续膜分离塔”(CMC)[12]。
具有毛细膜或中空纤维膜的典型CMC,基本上是两个类似于热交换器的管壳式渗透器组件,即一个贫化塔和一个富集塔的组合,如图5所示。
与精馏塔相似,将混合气加入到贫化塔和富集塔之间,原料气流入塔的管侧(高压侧),而壳侧(低压侧)保持在接近于环境压力。
较之用PSA法制氧,CMC的优点是可以把Ar和N2一起除去。
可以设计从空气中生产浓度为90%O2的CMC工艺,但是单独用CMC工艺生产9915%纯O2是非常昂贵的[13]。
Mercea等人[14]研究了PSA-CMC联合制O2工艺,发现富集塔较贫化塔大时有较好的分离效果。
他们设计了一套生产高纯氧的PSA-CMC联合工艺,流程如图6所示。
基本思路是用PSA工艺生产富氧气体(含Ar),再用CMC进一步富集O2。
Mercea等人将PSA-CMC联合工艺和传统高压气瓶供应9915%O2的成本进行了对比。
