PSA制氢专用分子筛

PSA制氢技术及其在煤制甲醇中的应用作者：张亮来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第02期摘要：由于受到我国能源结构的影响，煤化工行业在一定时期内迅速发展。

随着氢气需求量的大幅提升和煤气化制氢技术工艺的日益成熟，低成本的大规模煤制甲醇氢气提纯技术的需求更为迫切。

为指导和推广PSA制氢技术在煤制甲醇行业的工业化推广应用，本文主要对变压吸附制氢的传统工艺和PSA制氢技术发展趋势及研究进展进行分析探讨。

介绍了变压吸附制氢生产甲醇的基本原理，阐述变压吸附生产流程。

重点研究PSA技术在煤炭气化制甲醇工艺中的应用。

探讨了大型煤制甲醇行业变压吸附技术的发展方向。

关键词：变压吸附;煤制甲醇;制氢技术现阶段我国能源资源现状是贫油、少气、多煤，目前中国对于煤炭利用的主要方式大多数为直接燃烧方式转化为其他形式能量，然后再进行加工利用，这样的利用方式不可避免的造成了综合能源利用效率较低和环境污染严重等许多问题[1]。

为了更好的提高煤炭的综合利用效率，减少生产过程中对环境造成的污染，中国自1960年开始大力提倡洁净煤技术，其中以煤气化为首要工序的煤制甲醇技术就是其中最为核心洁净煤技术。

煤气化技术一般为经过特定压力和温度下将固体煤转化为气体煤气，煤气可用作燃料或化工原料，因其具有运输方便和燃烧效率高以及污染排放低等优点而得到广泛应用。

目前人们生活中不可避免的需要一些煤化工产品，如聚乙烯和聚丙烯产品等。

由于煤化工产业壮大的趋势影响，氢气需求量大幅提升，为低成本的大规模煤制氢带来了机遇和挑战。

我國大型煤气化技术具有规模大、压力高、煤种适应性广等特点，与此相适应的大型煤制氢单元中变压吸附制氢已成为提纯氢气的主流技术之一[2]。

根据现有的变压吸附制氢工艺、设备、规模等发展现状，讨论了大型煤制氢变压吸附技术的发展方向。

与目前全球经济发展现状相结合，气体分离技术的应用在煤制甲醇行业快速发展。

变压吸附（PSA）是一种物理吸附的分离技术，该技术的实际应用中因为气体组分不同，其吸附能力也随之不同[3]。

|变压吸附提氢装置操作手册（成都华西工业气体有限公司编制）目录序言 (3)第一章概述 (4)第一节前言 (4)第二节装置概貌 (6)2.1装置规模 (6)2.2装置组成 (6)2.3工艺流程 (6)2.4 非标设备设备一览表 (6)第三节设计基础 (7)3.1 原料气规格 (7)3.2 产品规格 (7)第二章工艺过程说明 (8)第一节吸附工艺原理 (8)1.1基本原理 (8)1.2吸附剂及吸附力 (8)1.3吸附平衡 (12)1.4工业吸附分离流程及其相关参数 (13)1.5工业吸附分离流程的主要工序 (15)第二节工艺流程说明 (16)2.1流程简述 (16)2.2 工艺步序说明 (17)2.3 控制功能说明 (18)2.4工艺参数的设定 (19)2.5报警、联锁功能说明 (20)第三章装置的操作 (20)第一节装置的开车 (20)1.1首次开车准备 ............................................................................................ 错误!未定义书签。

1.2 首次开车 (20)1.3正常开车步骤 (21)1.4开车阶段的调整 (21)第二节装置的运行 (22)2.1产品纯度的调整 (22)2.2装置参数的调节 (22)2.3 吸附塔的切除 (23)2.4 操作注意事项 (24)第三节装置的停车 (25)3.1正常停车 (25)3.2 紧急停车 (25)3.3 临时停车 (25)第四章安全规程 (27)5.1概要 (27)5.2 超压保护 (27)5.3 安全阀 (28)5.4废气处理 (28)5.5火灾防护 (28)5.6进入容器前的安全准备工作 (30)5.7其它安全措施 (31)序言本操作手册是成都华西工业气体有限公司专为内蒙庆华集团内蒙煤化有限公司13000Nm3/h－H2装置编写的。

用于向自控人员提供编程组态的依据和向装置操作人员提供正确的操作步骤，以及预防和处理事故的方法。

制氢装置的PSA资料，里面讲的PSA吸附机理和吸附剂方面的知识。

希望能对学习制氢装置的朋友有所帮助。

1．什么是吸附分离？答：吸附是化工生产中对流体混合物进行分离的一种方式。

是利用混合物中各组分在多孔性固体吸附剂中被吸附力的不同，使其中的一种或数种组分被吸附于吸附剂表面上，从而达到分离的目的。

根据吸附剂表面和被吸附物质之间作用力的不同，可分为物理吸附和化学吸附两种类型。

2．什么是变压吸附？答：变压吸附简称PSA，是对气体混合物进行提纯的工艺过程，该工艺是以多孔性固体物质（吸附剂）内部表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态之间工作的可逆的物理吸附过程，它是根据混合气体中杂质组分在高压下具有较大的吸附能力，在低压下又具有较小的吸附能力，而理想的组分H2则无论是高压或是低压都具有较小的吸附能力的原理。

在高压下，增加杂质分压以便将其尽量多的吸附于吸附剂上，从而达到高的产品纯度。

吸附剂的解吸或再生在低压下进行，尽量减少吸附剂上杂质的残余量，以便于在下个循环再次吸附杂质。

3．何谓PSA的氢回收率？怎样计算氢回收率？答：回收率是变压吸附装置主要考核指标之一，它的定义是从变压吸附装置获得的产品中被回收氢组分绝对量占进入变压吸附装置的原料气中氢组分绝对量的百分比。

计算方法：方法一：已知下列条件：⑴．进入变压吸附装置的原料气流量（F，Nm3/h）⑵．原料气中氢组分含量（XF，%）⑶．从变压吸附装置获得的产品氢气流量（P，Nm3/h）⑷．产品中被回收氢组分的含量（XP，%）被回收组分的回收率（R）为：R = P?XP/F?XF×100%方法二：已知下列条件：⑴．原料气中氢组分含量（XF，%）⑵．产品中被回收氢组分的含量（XP，%）⑶．解吸气中的氢组分含量（XW，%）被回收组分的回收率（R）为：R = XP（XF—XW）/ XF（XP—XW）×100%4．采用PSA提纯氢气的工艺有何特点？答：⑴．产品氢纯度高，可达99.9%以上。

1、吸附剂及吸附力工业PSA制氢装置所用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、硅胶类、活性炭类和分子筛类。

不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分具有不同的吸附能力和吸附容量。

本装置所用吸附剂的特性如下1).AS吸附剂在大型PSA氢提纯中的应用结果表明：我公司的AS吸附剂对H2O均有很高的吸附能力，同时再生非常容易，并且该吸附剂还具有很高的强度和稳定性，因而适合于装填在吸附塔的底部脱除水分和保护上层吸附剂。

2).HXSI-01吸附剂本装置所用PSA专用硅胶属于一种高空隙率的无定型二氧化硅，化学特性为惰性，无毒、无腐蚀性.其中规格为Φ1-3球状的硅胶装于吸附塔中下部，用于吸附水分和CO2。

3).HXBC-15B吸附剂本装置所用活性炭是以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。

属于耐水型无极性吸附剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力。

本装置所用活性炭规格为Φ1.5条状，装填于吸附塔中部主要用于脱除CO2组分。

4).HX-CO专用吸附剂本装置所用的HX-CO专用吸附剂是一种以活性碳为载体的对CO有良好吸附和解吸能力的吸附剂，装填于吸附塔的上部，用于脱除CO2和CO。

5).HX5A-98H吸附剂本装置所用的分子筛为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，规格为Φ2-3球状，无毒，无腐蚀性。

HX5A-98H吸附剂不仅有着较大的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效孔径为0.5nm。

HX5A-98H吸附剂是一种吸附量较高且吸附选择性极佳的优良吸附剂，装填于吸附塔的上部，用于脱除甲烷、CO、N2，保证最终的产品纯度。

2、吸附剂的处理几乎所有的吸附剂都是吸水的，特别是HX5A-98H吸附剂具有极强的亲水性，因而在吸附剂的保管和运输过程中应特别注意防潮和包装的完整性，如果受潮，则必须作活化处理。

对于废弃的吸附剂，一般采用深埋或回收处理。

psa变压吸附制氢原理变压吸附制氢技术是一种新型的制氢方式，其原理是利用吸附剂在不同压力条件下对氢气进行吸附和解吸，从而实现氢气的富集和分离。

该技术具有高效、环保、低能耗等优点，在氢能产业和氢气储存领域具有广阔的应用前景。

本文将从技术原理、吸附剂选择、操作条件和应用前景等方面对psa变压吸附制氢进行深入分析和探讨。

一、技术原理1.1压力摄制吸附技术变压吸附技术是一种基于压力摄制原理的气体分离技术，其基本原理是利用吸附剂对气体进行吸附和解吸，从而实现气体的分离和富集。

在变压吸附制氢过程中，通过改变吸附剂的压力条件，使其在不同压力下对氢气进行吸附和解吸，从而实现氢气的富集和分离。

1.2吸附剂的选择在psa变压吸附制氢过程中，吸附剂的选择是至关重要的。

通常采用的吸附剂包括活性炭、沸石、分子筛等，这些吸附剂具有高比表面积、较大的孔径和良好的吸附选择性，能够很好地实现氢气的吸附和解吸。

1.3操作条件psa变压吸附制氢的操作条件主要包括吸附塔的压力、温度和气流速度等。

通过合理调节这些操作条件，可以实现吸附剂对氢气的高效吸附和解吸，从而实现氢气的富集和分离。

1.4制氢原理在psa变压吸附制氢过程中，气体经过初级净化后，进入吸附塔进行吸附和解吸。

在吸附阶段，高压氢气在吸附剂表面被吸附，其余气体则通过吸附剂层，从而实现氢气的富集。

在解吸阶段，通过减压和加热，吸附剂释放吸附的氢气，从而实现氢气的分离。

最终得到高纯度的氢气产品，同时再生吸附剂，使其恢复到可以再次使用的状态。

二、吸附剂选择2.1活性炭活性炭是一种具有丰富孔道结构的多孔性材料，其比表面积和孔径尺寸可根据需要进行调控。

活性炭具有较好的吸附性能，对氢气具有较高的吸附选择性，适用于psa变压吸附制氢的氢气富集和分离。

2.2沸石沸石是一种具有多孔结构的硅铝酸盐矿物，其具有较高的比表面积和孔径尺寸，可用于psa变压吸附制氢的吸附剂。

沸石能够实现对氢气的高效吸附和解吸，具有良好的吸附选择性和稳定性。

psa变压吸附制氢原理变压吸附制氢（Pressure Swing Adsorption，PSA）是一种常见的氢气分离和纯化技术，用于从混合气体中提纯氢气。

该技术的原理是利用吸附剂对气体分子的吸附和解吸特性，在不同压力下实现对氢气的分离和纯化。

本文将重点介绍PSA制氢的原理、设备和应用，以及相关的优缺点和发展趋势。

一、PSA制氢的原理PSA制氢的原理基于吸附剂对气体分子的吸附和解吸特性。

通常情况下，PSA系统包括两个吸附塔或更多，并在一定的压力下进行交替工作。

工作过程主要包括吸附、脱附、再生和压力升降四个步骤。

1.吸附PSA系统的吸附塔含有一种或多种高效的吸附剂，如活性炭、分子筛等。

当混合气体进入吸附塔时，氢气分子由于具有较高的吸附性能，会被吸附剂吸附，而其它气体分子则较少被吸附。

2.脱附随着吸附塔中氢气的逐渐吸附，吸附塔内的压力逐渐上升。

当压力上升到一定程度时，吸附剂对氢气的吸附能力会降低，从而使已吸附的氢气分子开始脱附。

此时，吸附塔内的氢气会随着逆流的惰性气体流动而脱附出来。

3.再生当吸附塔内的吸附剂饱和吸附后，需要对吸附塔进行再生，使吸附剂重新具备吸附性能。

通常采用减压或加热等方法来实现吸附剂的再生，从而使吸附塔恢复到初始状态。

4.压力升降PSA系统需要在不同的压力下进行吸附、脱附和再生，通过控制阀门和压缩机等设备来实现吸附塔的压力升降。

通常情况下，一个吸附塔进行吸附操作，而另一个吸附塔进行再生操作，随后通过压力升降的方式进行切换工作。

综上所述，PSA制氢的原理是利用吸附剂对气体分子的吸附和解吸特性，在不同压力下实现对氢气的分离和纯化。

通过交替操作不同的吸附塔，实现了对混合气体中氢气的分离和纯化。

二、PSA制氢的设备PSA制氢的主要设备包括吸附塔、气体压缩机、阀门、控制系统等。

下面将分别介绍吸附塔和气体压缩机等设备的主要特点和作用。

1.吸附塔吸附塔是PSA制氢的核心设备，用于进行气体的吸附、脱附和再生操作。

PSA提氢技术方案
正文
一、PSA提氢技术
PSA技术（Pressure Swing Adsorption，压力交替吸附技术）是一
种被广泛应用的表面活性剂吸附技术，它可以有效地从原料气体中分离出
高纯度的氢气，已成为分子筛（Molecular Sieve）气体分离技术的主要
发展方向。

PSA技术包括氢气提纯技术、气体分离技术和混合气体分离
技术。

它利用物理吸附原理，利用吸附剂在高压状态下吸附混合气体中
的其中一或几种组分，可以在一定的温度和压力条件下有效地从多组分混
合气体中分离出一组以上的单组份气体，是一种很有效的气体分离技术，
广泛应用于石油、化工、气体化学等行业中。

PSA技术由两个关键步骤构成：吸附和再生。

在吸附步骤，混合气体
被泵入到PSA装置的吸附塔中，利用吸附剂，其中的一些组分被吸附，然
后被去除，提取出纯组分的气体。

在再生步骤中，吸附剂被再生，使得它
可以重复使用。

二、核心技术优势
PSA技术能够比较有效提纯氢气，且其吸附选择性较高、投资成本低、操作简单、反应时间短，并且使用和维护方便，是现今广泛应用的提纯技术。

1、优异的性能。

PSA变压吸附技术制氢影响因素及优化措施第一篇：PSA变压吸附技术制氢影响因素及优化措施摘要：本文介绍了变压吸附工作原理，并分析了影响变压吸附的主要因素，认为吸附时间与吸附压力是影响变压吸附最主要的因素；同时，在变压吸附操作中应尽量提高吸附压力、降低解吸压力、延长吸附时间、降低产品纯度，以提高氢气回收率进而提高装置的经济效益。

关键词：psa变压吸附制氢优化变压吸附氢提纯工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在物理吸附中的具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附物质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。

利用吸附剂的这些特性，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解析再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯氢气的目的。

由于变压吸附（psa）气体分离技术是依靠压力的变化来实现吸附与再生的，因而再生速度快、能耗低，属节能型气体分离技术。

并且，该工艺过程简单、操作稳定、对于含多种杂质的混合气可将杂质一次脱除得到高纯度产品。

因而近二十年来发展非常迅速，已广泛应用于含氢气体中氢气的提纯，混合气体中一氧化碳、二氧化碳、氧气、氮气、氢气和烃类的制取、各种气体的无热干燥等。

而其中变压吸附制取纯氢技术的发展尤其令人瞩目。

一、变压吸附的操作原理变压吸附分离技术是以固定床吸附，在连续改变体系平衡的热力学参数下，加压气体组份吸附，减压被吸附组份解吸，放出该气体组份，吸附剂得到再生。

如果在吸附和解吸过程中床层的温度维持恒定，利用吸附组份的分压变化吸附剂的吸附容量相应改变，如图1，过程沿吸附等温线t1进行，则在ab 线两端吸附量之差△q= qa-qb 为每经加压（吸附）和减压（解吸）循环组份的分离量。

如此利用压力变化进行的分离操作就是变压吸附。

如果要使吸附和解吸过程吸附剂的吸附容量的差值增加，可以同时采用减压和加热方法进行解吸再生，在实际的变压吸附分离操作中，组份的吸附热都较大，吸附过程是放热反应，随着组份的解吸，变压吸附的工作点从 e 移向 f 点，吸附时从f 点返回 e 点，沿着ef 线进行，每经加压吸附和减压解吸循环的组份分离量 q= qe-qf为实际变压吸附的差值。

PSA变压吸附分子筛失活因素分析及对策发表时间：2019-07-18T09:17:13.277Z 来源：《科技尚品》2019年第3期作者： 1高宏寅 2刘振虎3 李亚军4 张敏娜4[导读] 针对变压吸附制氢吸附剂分子筛使用周期短、再生效果差，严重影响提氢纯度和产量等问题，本文结合生产实际，阐述了分子筛失活的原因分析及预防措施，最终达到延长使用周期、提高氢气收率的目的。

陕西东鑫垣化工有限责任公司变压吸附（PSA）气体分离技术是依靠压力的变化来实现吸附与再生的，因而再生速度快、能耗低，属于节能型气体分离技术。

在各类制氢工艺中，变压吸附制氢因其工艺流程简单、产品纯度高、规模变化灵活以及生产成本低的特点而成为当前制氢方式的首选[1]。

近年来，高端化工产业的高速发展，对氢能源的需求不断增大，变压吸附技术必将在我国得到更大的发展与应用[2]。

分子筛是变压吸附必不可少的吸附剂，且占比成本高，用量多。

为降低氢气成本，増强市场竞争能力，国内外研究者对制氢方法及净化方面做了大量的研究工作[3]，尤其分子筛的高效利用和长周期使用问题，是制约氢气收率和成本控制的关键所在。

一、变压吸附的基本原理变压吸附分离技术[4-5]基于气体在固体吸附剂上的物理吸附平衡的原理，以吸附剂在不同压力条件下对混合物中不同组分平衡吸附量的差异为基础，在高压下进行吸附，在低压下脱附，从而实现混合物分离的化工循环操作过程。

PSA变压吸附脱碳和提氢装置中的吸附主要为物理吸附，物理吸附是依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。

其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。

而分子筛对物质的吸附就是来源于物理吸附（范德华力），其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子（如水）和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。

二、荒煤气变压吸附提氢工艺简介荒煤气先经预处理工序脱除焦油和萘等杂质，再进入提浓工序脱除二氧化碳、一氧化碳、氮气及甲烷等杂质，最后经氢气提纯工段进行进行一步净化提纯，得到纯度99.99%的氢气产品（详见下图1）。