PSA知识学习交流(课件).ppt
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1、PSA知识学习交流知识学习交流二零一一年七月v 1、概述:、概述:v变压吸附(变压吸附(Pressure Swing Adsorption 缩写为缩写为PSA)是)是一种新型气体吸附分离技术,它有如下优点:一种新型气体吸附分离技术,它有如下优点:(1)产品纯度高;产品纯度高;(2)工艺简单,原料气中的工艺简单,原料气中的H2O、H2S、CO2等杂质组份可等杂质组份可一步除去,不需进行预处理;一步除去,不需进行预处理;(3)操作简便,能耗低。一般在常温和不高的压力下操作,操作简便,能耗低。一般在常温和不高的压力下操作,设备简单,整个过程全部实现自动化;设备简单,整个过程全部实现自动化;(4)吸附
2、剂寿命长,为半永久性使用,每年只需少量补充,吸附剂寿命长,为半永久性使用,每年只需少量补充,正常操作条件下吸附剂一般使用正常操作条件下吸附剂一般使用10年以上。年以上。综 述v(1 1)低温分离法(深冷分离)低温分离法(深冷分离):):利用气体组份间沸点的差异,采用低温精馏实现混合气体组份的分离的方法。已有100多年的历史,主要用于大规模空分制O2、N2。v(2 2)膜分离法)膜分离法:利用气体组份在中空纤维膜上渗透速率的差异实现混合气体的分离。是一种较新的气体分离方法,目前主要用于制H2。v(3 3)变压吸附法)变压吸附法:利用不同气体在吸附剂上吸附性能的差异,以及同种气体在吸附剂上的吸附性
3、能随压力的变化而变化的特性来实现混合气体的分离。低低低低高高 装置投资装置投资较小较小中中较大较大 装置占地面积装置占地面积数分钟数分钟 数分钟数十分钟数分钟数十分钟数小时数十小时数小时数十小时 装置出产品时装置出产品时间间容易容易容易容易较难较难生产可调性生产可调性 3.0 15.0或更或更高高 0.5 3.01.0 8.0 操作压力,操作压力,MPa9092 6092 90 95 氢氧气回收率氢氧气回收率%较低较低低低高高 能耗能耗98 9899.999 9099氢气纯度氢气纯度()技术开发阶段技术开发阶段成熟成熟 成熟成熟技术情况技术情况膜分离法膜分离法(Memb.)变压吸附法变压吸附法
4、(PSA)低温精馏法低温精馏法(ASU)比较项目比较项目 吸附吸附固体表面原子的剩余引力对气体分子的吸着现象。当气体分子运动到固体表面时,由于固体表面原子的剩余引力的作用,气体中的一些分子便会暂时停留在固体表面上,形成这些分子在固体表面上的浓度增大,这种现象称为气体分子在固体表面的吸附。吸附相吸附相被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸附层称为吸附相。其分子密度非常大,可能接近于液体。脱附脱附固体表面上被吸附的分子又重新返回气体相的过程称为脱附或解吸。v吸附剂吸附物质的固体称为吸附剂v吸附质被吸附的物质称为吸附质v吸附热伴随吸附过程所释放的热量称为吸 附热。v解吸热脱附或解吸过程所需要吸收的热量
5、 称为解吸热。v表面有内表面和外表面之分,吸附主要发生在内表面,外表面与内表面相比相当小,而内表面积大是固体作为吸附剂的先决条件。以下为几种常用吸附剂的表面积的大小:硅胶 SG 300800 m2/g 活性炭 Ac5001300 m2/g 分子筛 MS450750 m2/g(其外表面积仅为2.6710-4 m2/gv吸附分为物理吸附和化学吸附v物理吸附也称范德华吸附,是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力产生的吸着现象,是可逆的表面吸附。变压吸附过程属于物理吸附。v化学吸附吸附过程中伴有化学反应的吸附,是不可逆的吸附,吸附过程发生了质变。石灰石吸附氯气,沸石吸附乙烯的过程属于化学吸附。吸附平
6、衡:吸附刚开始时,吸附剂存在大量的活性表面,被吸附的吸附质分子数大大超过离开表面的分子数;随着吸附的进行,吸附剂表面逐渐被吸附质分子遮盖,其再吸附的能力下降,直到吸附速度等于解吸速度时,就表示吸附达到了平衡。吸附平衡是一种动态平衡。假设吸附速率为v1,解吸速率为v2,则:v1 v2时,为吸附过程v1 v2 时,为解吸过程v1v2时,为吸附平衡状态v 变压吸附技术主要依据吸附剂上不同气体的吸附等温线来确定吸附剂的选用。015304560759000.10.20.30.40.5吸附压力吸附压力(MPa)平衡吸附量平衡吸附量(ml/g)C2H6C3H8CH4N2H2O2CO2CO 常见气体组份在常见
7、气体组份在CNA229吸附剂上的吸附等温线吸附剂上的吸附等温线变压吸附专用活性炭变压吸附专用活性炭常见气体组份在常见气体组份在CNA133吸附剂上的吸附等温线吸附剂上的吸附等温线第三部分第三部分吸附分离的基本过程及吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍v将固体物料吸附剂充填在容器(固定床)中,当气流经过床层时,固体物料不被扰动。要求吸附床上下有较好的气流分布设施。最理想的状况是活塞流或称平推流,这样吸附剂的利用才充分。v假设床层内吸附剂完全没有阻力,吸附质就会一直以C0的初始浓度向气体流动方向推进。但是由于传质阻力的存在、流体速度、吸附相平衡等的影响,混合物通过吸附床层时,首先在吸附床入口处
8、形成S形曲线,此曲线称为吸附前沿。第三部分第三部分吸附分离的基本过程及吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍vS形曲线所在的区域称为传质区。随着气流的不断进入,吸附床底部吸附剂逐渐达到吸附平衡,此区域吸附剂不再吸附杂质,称为吸附饱和区。传质区以上的床层吸附剂未吸附杂质,称为未饱和区。原料气传质区未饱和区饱和区第三部分第三部分吸附分离的基本过程及吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍 He O2 CH4 C3H6 弱H2 N2 CO C4H8 C2H6 C5+CO2 H2S C3H8 NH3 C2H4 H2O 强第三部分第三部分吸附分离的基本过程及吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍v在
9、吸附床中,随着气体混合物不断流入,吸附前沿不断向床的出口端推进,经过一定时间,吸附质出现在吸附床出口端,并随着时间推移,吸附质浓度不断上升,最终达到进入吸附床的吸附质浓度C0。测定吸附床出口处吸附质浓度随时间的饱和,便可绘出流出曲线。v当传质区达到吸附床出口端时,流出气体中的吸附质浓度开始突然上升的位置,就是所谓的穿透点(图中2点),与其相对应的吸附质浓度和吸附时间分别称为穿透浓度和穿透时间。第三部分第三部分吸附分离的基本过程及吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍H2富集区N2富集区CO 富集区CH4富集区CO2富集区C2富集区吸附床吸附床原料气氢气氢气第三部分第三部分吸附分离的基本过程及
10、吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍 Fix bed separation diagram 固定床吸附分离示意图 H2 H2,N2 H2,N2,CO,CH4,CO2 Time 吸附时间:t1 Time 吸附时间:t2 Time 吸附时间:t3N2H2N2COCOCH4CH4CO2CO2CO2H2,N2,CO,CH4,CO2t1T1111t2t3第三部分第三部分吸附分离的基本过程及吸附剂介绍吸附分离的基本过程及吸附剂介绍v流出曲线v 影响流出曲线形状的因素影响流出曲线形状的因素有吸附剂的形状、颗粒的形状和大小、气体混合物的组成和性质、流体速度、吸附平衡和机理以及吸附床的温度和压力。因此通过流
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