实验十五 碳分子筛变压吸附提纯氮气
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。由于该吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制（即吸附－解吸循环速率的控制）非常重要。当吸附剂用量、吸附压力、气体流速一定时，适宜吸附时间可通过测定吸附柱的穿透
流
出
液
浓
度
C
恒温固定床吸附器的穿透曲线
C B
C0
C E
t
曲线来确定。
所谓穿透曲线就是出口流体中被吸附物质（即吸附质，本实验中为氧气）的浓度随时间的变化曲线。典型的穿透曲线如下图所示，由图可见吸附质的出口浓度变化呈S 形曲线，在曲线的下拐点（a 点）之前，吸附质的浓度基本不变（控制在要求的浓度之下），此时，出口产品是合格的。越过下拐点之后，吸附质的浓度随时间增加，到达上拐点（b 点）后趋于进口浓度，此时，床层已趋于饱和，通常将下拐点（a 点）称为穿透点，上拐点（b 点）称为饱和点。通常将吸附质出口浓度达到进口浓度的95%的点确定为饱和点，而穿透点的浓度应根据产品质量要求来定，一般略高于目标值。本实验要求N 2的浓度≥95%，即出口O 2应≤5%，因此，将穿透点定为O 2出口浓度为4.5%～5.0%。
为确保产品质量，在实际生产中吸附柱有效工作区应控制在穿透点之前，因此，穿透点（a 点）的确定是吸附过程研究的重要内容。利用穿透点对应的时间（t 0）可以确定吸附装置的最佳吸附操作时间和吸附剂的动态吸附量，而动态吸附容量是吸附装置设计放大的重要依据。
动态吸附容量的定义为：从吸附开始直至穿透点（a 点）的时段内，单位重量的吸附剂对吸附质的吸附量（即：吸附质的质量/吸附剂质量或体积）
00(-)
B V t
C C G W
??=
动态吸附容量
C 预习与思考
（1）碳分子筛变压吸附提纯氮气的原理什么? （2）本实验为什么采用变压吸附而非变温吸附? (3) 如何通过实验来确定本实验装置的最佳吸附时间?
(4) 吸附剂的动态吸附容量是如何确定的?必须通过实验测定哪些参数? (5) 本实验为什么不考虑吸附过程的热效应?哪些吸附过程必须考虑热效应?
D 实验装置及流程
本实验装置及流程见计算机控制界面。装置由两根可切换操作吸附柱(A 、B)构成，吸附柱尺寸为mm mm 45036?φ，吸附剂为碳分子筛，各柱碳分子筛的装填量以实验中的实际装填量为准。
来自空压机的原料空气经脱油器脱油和硅胶脱水后进入吸附柱，气流的切换通过电磁阀由计算机自动控制。在计算机控制面板上，有两个可自由设定的时间窗口 K1，K2，所代表的含义分别为：
K1—表示吸附和解吸的时间（注：吸附和解吸在两个吸附柱交替进行）。 K2—表示吸附柱充压和串连吸附操作时间。
解吸过程分为两步,首先是常压解吸，随后进行真空解吸。
气体分析：出口气体中的氧气含量通过CYES-II 型氧气分析仪测定。
E 实验步骤
1) 实验准备：检查压缩机、真空泵、吸附设备和计算机控制系统之间的连接是否到位，氧分
析仪是否校正，15支取样针筒是否备齐。 2) 接通压缩机电源，开启吸附装置上的电源。
3) 开启真空泵上的电源开关，然后在计算机面板上启动真空泵。 4) 调节压缩机出口稳压阀，使输出压力稳定在0.4MPa （表压）。
5)调节气体流量阀，将流量控制在3.0L/H左右。
6)将计算机面板上的时间窗口分别设定为K1＝600s，K2＝5s，启动设定框下方的开始按钮，
开始测定穿透曲线。
7)穿透曲线测定方法：系统运行大约30min后，观察计算机操作屏幕，当操作状态进入K1
的瞬间开始，迅速按下面板上的计时按钮，然后，每隔1分钟，用针筒在取样口处取样分
析一次（若K1=600s，取10个样），读取并记录样品氧含量（体积百分数V%），同时记录
吸附时间、压力、温度和气体流量。
取样注意事项：
?每次取样8-10ml，将针筒对准取样口，使气体自然充入针筒中。
?取样后将针筒拔下，迅速用橡皮套封住针筒的开口处，以免空气渗入影响分析结果。
8)改变气体流量，将流量提高到6.0L/H，然后重复（6）和（7）步操作。
9)流量保持不变，调节压缩机出口气体减压阀，将气体压力升至0.6 MPa（表压），重复第（5）
到第（7）步操作。
10)停车步骤：
?先按下K1，K2设定框下方的停止操作按钮，将时间参数重新设定为K1＝120s，K2＝5s，
然后启动设定框下方的开始按钮，让系统运行10-15min。
?系统运行10-15min后，按下计算机面板上停止操作按钮，停止吸附操作。
?在计算机控制面板上关闭真空泵，然后关闭真空泵上的电源，最后关闭压缩机电源。F．实验数据处理
（1）实验数据记录
编号A吸附温度T（℃）:_____ 压力P（Mpa）:_____ 气体流量V（L/h）:____
编号B吸附温度T（℃）:_____ 压力P（Mpa）:_____ 气体流量V（L/h）:____
编号C吸附温度T（℃）:_____ 压力P（Mpa）:_____ 气体流量V（L/h）:____
（2）实验数据处理
a) 根据实验数据，在同一张图上标绘两种气体流量下的吸附穿透曲线。
b)若将出口氧气浓度为5.0%的点确定为穿透点，请根据穿透曲线确定不同操作条件下穿透点出现的时间t 0,记录于下表。
c) 根据上表计算不同条件下的动态吸附容量：
W
x x t V G B N )(4.2232
00-
???
=
V P T P
T V N ???=
不同条件下的动态吸附容量计算结果
G ．结果及讨论
（1）在本装置中，一个完整的吸附循环包括哪些操作步骤？
（2）气体的流速对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？ （3）吸附压力对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？ （4）根据实验结果，你认为本实验装置的吸附时间应该控制在多少合适？
（5）该吸附装置在提纯氮气的同时，还具有富集氧气的作用，如果实验目的是为了获得富氧，实验装置及操作方案应作哪些改动？
H ．符号说明
A－吸附柱的截面积，cm2；
C0－吸附质的进口浓度，g/L；
C B－穿透点处，吸附质的出口浓度，g/L；
G－动态吸附容量（氧气质量/吸附剂体积），g/g；P－实际操作压力，Mpa；
P0－标准状态下的压力，Mpa；
T－实际操作温度，K；
T0－标准状态下的温度，K；
V－实际气体流量，L/min；
V N－标准状态下的气体流量，L/min；
t0－达到穿透点的时间，s；
x0－空气中氧气的体积百分数，V%；
x B－穿透点处氧气的体积百分数，V%；
W－碳分子筛吸附剂的质量，g。
如何提高变压吸附装置产品回收率的经验总结
如何提高变压吸附装置产品回收率的经验总结 摘要本文介绍了提高产品回收率的几种办法，通过这些办法和措施，使装置的回收率大幅提高，减少了原料气的消耗，降低了产品成本提高了变压吸附装置运行效率。 关键词回收率变压吸附吸附剂程控阀 一、前言 变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA）是吸附分离技术中的一项用于分离气体混合物新型技术，其基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。它有以下特点：⑴产品纯度高。⑵操作简便、能耗低：一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生不需外加热源，操作弹性大。⑶工艺简单、维护简便：不需预先处理，即可一步除去杂质。⑷吸附剂寿命长：吸附剂使用期限为半永久性。由此可见变压吸附分离法，有着不可比拟的优点，但是存在产品回收率低的缺憾，对于如何提高产品回收率，无论是在变压吸附的设计还是在实际的生产操作中均成为人们攻关的主要方向。 二、在提高装置产品回收率上的几点经验总结 装置回收率的提高，等于减少了原料气的消耗，降低了产品成本。我们在实际生产中根据运行经验总结了以下几种措施，用于提高装置的产品回收率。 2．1、程控阀问题 程控阀是变压吸附装置专用阀门,它的完好性是提高回收率的重要保障。阀门的内漏和外泄漏会影响再生效果,导致产品回收率降低。阀门在用材、安装和日常维护中要注意以下几点。 由于变压吸附工艺的特殊性，普通阀门难以保障装置长期稳定、可靠运行，对程控阀有以下要求：1、所用介质一般为高纯度的气体，所以密封性能要好，要达到零泄漏2、要求寿命长，做到经受长期频繁动作而保持不泄漏，能运用于易燃、易爆、有毒等特殊气体环境。3、根据工艺要求，做到易实现调节功能和阀位状态现场指示及远传等功能。4、具备有双向耐压性和抗高速气流冲刷性能，阀门的开关速度要快，随阀门的通经不同其启闭时间应控制在3秒以内。 变压吸附装置中，程控阀组是主要的运动部件，如果出现泄漏，会对产品的回收率造成重大影响。在安装维护中做到以下几点：1、阀门方向不要装错，物料流向要按照“高进低出”的原则，或按阀体上的箭头方向安装。2、气动截止阀一般只允许安装在水平管道上，即气动执行机构在阀体和管道的上方。3、要注意介质温度变化，阀门应在允许的温度和压差下使用，温度过高或过低，会使密封元件在高温时老化或在低温时硬化变脆；压差过高，则会损坏密封材料或无法关闭阀门，导致阀门泄漏或动作失灵。4、程控阀填料函、阀杆外露部分及阀门的外表面要保持清洁干净，要注意防锈及润滑，以延长阀门使用寿命。 2．2、对吸附剂进行改进改良 良好的吸附性能是吸附分离过程的基本条件，选择吸附剂时要考虑两点：第一，要解决吸
碳分子筛制备工艺总结
本实验炭分子筛的制备采用炭化法与气体活化、碳沉积法相结合，原料为椰壳，相对 于有机高分子聚合物和煤炭类原料，类属于植物基的椰壳具有原料价格低廉，来源广泛，且高含碳量、低挥发分、低灰分。利用植物壳等废料制备商业化产品如ＣＭＳ， 不仅可避免植物直接焚焼或填埋带来的环境污染，还可变废为宝，为世界提供能源。 以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制 备CMS。具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度 (<10μm )，以酚醛树脂为粘结剂，聚乙二醇为助剂，在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型，然后将自然晾干的成型料断条整粒至小于4mm。最后将长度较均一的成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备CMS。CMS制备工艺流程如图1.1所示。 图1. 1 CMS制备工艺流程图 Fig.1.1 Technology process diagram for CMS prepared 一次炭化：是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当的热解条件下炭化的方法。在热 解条件下，原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂的分解缩聚反应，从而 导致炭化物孔隙的形成、孔径的扩大和收缩。适用于分子结构规整的树脂和果壳类的 高挥发分物质，如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等。影响炭化效果的主 要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间。本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料。 混捏挤条：一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后，以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘 结剂，与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀，在双螺杆挤条机上挤条成型。混捏的目的是为了使一次炭化料有一定的粘性，有助于在挤条过程中成型，确保断条 及工业应用目的的实现。 断条整粒：挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径，可用筛分装置判 断是否符合要求。断条整粒的目的是使颗粒长短均一，以使颗粒在相同的活化、炭沉 积下得到的产品性能一致。
一氧化碳变换反应工艺流程
一氧化碳变换反应工艺流程 一氧化碳变换流程有许多种，包括常压、加压变换工艺，两段中温变换（亦称高变）、三段中温变换（高变）、高-低变串联变换工艺等等。一氧化碳变换工艺流程的设计和选择，首先应依据原料气中的一氧化碳含量高低来加以确定。一氧化碳含量很高，宜采用中温变换工艺，这是由于中变催化剂操作温度范围较宽，使用寿命长而且价廉易得。当一氧化碳含量大于15%时，应考虑将变换炉分为二段或多段，以使操作温度接近最佳温度。其次是依据进入变换系统的原料气温度和湿度，考虑气体的预热和增湿，合理利用余热。最后还要将一氧化碳变换和残余一氧化碳的脱除方法结合考虑，若后工序要求残余一氧化碳含量低，则需采用中变串低变的工艺。 一、高变串低变工艺 当以天然气或石脑油为原料制造合成气时，水煤气中CO含量仅为10%～13%（体积分数），只需采用一段高变和一段低变的串联流程，就能将CO含量降低至0.3%，图2-1是该流程示意图。 图2-1一氧化碳高变-低变工艺流程图 1-废热锅炉2-高变炉3-高变废热锅炉4-预热器5-低变炉6-饱和器7-贫液再沸器来自天然气蒸气转化工序含有一氧化碳约为13%~15%的原料气经废热锅炉1降温至370℃左右进入高变炉2，经高变炉变换后的气体中一氧化碳含量可降至3%左右，温度为420~440℃，高变气进入高变废热锅炉3及甲烷化进气预热器4回收热量后进入低变炉5。低变炉绝热温升为15~20℃，此时出低变炉的低变气
中一氧化碳含量在0.3%~0.5%。为了提高传热效果，在饱和器6中喷入少量软水，使低变气达到饱和状态，提高在贫液再沸器7中的传热系数。 二、多段中变工艺 以煤为原料的中小型合成氨厂制得的半水煤气中含有较多的一氧化碳气体，需采用多段中变流程。而且由于来自脱硫系统的半水煤气温度较低，水蒸气含量较少。气体在进入中变炉之前设有原料气预热及增湿装置。另外，由于中温变换的反应放热多，应充分考虑反应热的转移和余热回收利用等问题。图2-2为目前中小型合成氨厂应用较多的多段中温变换工艺。 半水煤气首先进入饱和热水塔1，在饱和塔内气体与塔顶喷淋下来的 130~140℃的热水逆流接触，使半水煤气提温增湿。出饱和塔的气体进入气水分离器2分离夹带的液滴，并与电炉5来的300~350℃的过热蒸汽混合，使半水煤气中的汽气比达到工艺条件的要求，然后进入主热交换器3和中间换热器4，使气体温度升至380℃进入变换炉，经第一段催化床层反应后气体温度升至 480~500℃，经蒸汽过热器、中间换热器与蒸汽和半水煤气换热降温后进入第二段催化床层反应。反应后的高温气体用冷凝水冷激降温后，进入第三段催化剂床层反应。气体离开变换炉的温度为400℃左右，变换气依次经过主热交换器、第一水加热器、热水塔、第二热水塔、第二水加热器回收热量，再经变换气冷却器9降至常温后 图2-2 一氧化碳多段中温变换工艺流程 1-饱和热水塔2-气水分离器3-主热交换器4-中间换热器5-电炉6-中变炉7-水加热器
高纯度一氧化碳的生产
高纯度一氧化碳的生产工艺 一氧化碳是C1化学的基础原料，主要用于合成甲醇、甲醛、脂肪酸、脂肪酐、光气、异氰酸酯、碳酸二甲酯以及各种金属羰基化合物。用于化工合成的高纯度一氧化碳可以从含有一氧化碳的天然气和石油转化的合成气、水煤气、半水煤气以及钢铁厂、电石厂和黄磷厂的尾气中纯化分离；亦可以甲醇为原料，通过催化裂解、变压吸附等工艺制取，同时副产氢气。 一、一氧化碳的生产工艺 1 煤炭和天然气法 该方法以自然资源煤炭、天然气等为原料通过气化、羰基化等工艺过程来合成一氧化碳，然后根据生产中对一氧化碳的纯度要求进行分离、提纯，得到各种含量的一氧化碳。该工艺目前广泛应用于甲醇、醋酸等脂肪族化合物以及其衍生物的生产。 2 甲醇裂解制一氧化碳 （1）工艺原理甲醇在专用催化剂作用和280℃下发生催化裂解，得到一氧化碳、二氧化碳和氢气等混合气体，经过变压吸附工艺（PSA）分离后可得到高纯度一氧化碳和氢气。反应式为： CH3OH →CO+2H2 －90.7KJ/mol （2）工艺流程甲醇经预热、汽化、过热后在专用催化剂上进行裂解反应，裂解气经冷却、冷凝后其组成为H2 ～66％，CO2 -4.5％，CO ～31.8％，该裂解气进行压缩后在PSA-I吸附塔上脱碳后得到含氢气、一氧化碳的净化气体，然后在PSA-II吸附塔上分别得到含量≥98%的一氧化碳，并副产氢气。根据下游产品对一氧化碳纯度的需要，可以通过进一步的变压吸附操作，将一氧化碳的纯度提高至99.99%。工艺流程可表示如下： 二、一氧化碳的提纯工艺 无论是用甲醇裂解工艺生产一氧化碳，还是以黄磷尾气、转炉气、高炉气等为原料分离、纯化一氧化碳，其原料气都是若干种气体的混合物，都必须经过提纯后才可以得到各种纯度的一氧化碳以满足下游产品的生产需要。 一氧化碳虽然是C1化学的基础原料气，具有广泛的用途，但提纯方法不多，以往国内采用精馏法或COSORB法提纯CO。但这两种方法的预处理系统复杂，设备多，投资大，操作成本高，效果不理想。 采用变压吸附工艺分离一氧化碳是近年来国际上的新兴技术。该工艺产品设计规模灵活，可在10～10000Nm3/h范围内灵活调节；产品纯度高，正常设计值≥98.5%，通过调整最高可达99.99%；装置投资少，操作方便，能耗低。 变压吸附分离一氧化碳工艺流程图如下： 三、变压吸附技术提纯一氧化碳 1变压吸附 变压吸附(Pressure swing adsorption，PSA)工艺是近十几年来飞速发展的一种非低温法气体分离和提纯技术，与传统的气体分离工艺相比，具有投资小、能耗低、工艺简单、自动化程度高、操作方便可靠、产品质量高等优点，已在化工、石油炼制、冶金、采矿、电子、食品、科研、航天、医药、环保等方面得到了广泛的应用。 （1）原理变压吸附技术（Pressure Swing Adsorption 简称PSA）是利用气体各组分在吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的原理，通过周期性的压力变化实现气体的分离。吸附剂对不同气体的吸附特性是不同的。利用吸附剂对混合气中各种组分吸附能力的不同，通过选择合适的吸附剂就可以达到对混合气进行分离提纯的目的。同一吸附剂对同种气体的吸附量，还随吸附压力和温度的变化而变化：压力越高，吸附量越大；温度越高，吸附量越
变压吸附原理及应用
变压吸附气体分离技术 目录 第一节气体吸附分离的基础知识 (2) 一、吸附的定义 (2) 二、吸附剂 (3) 三、吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学基础 (6) 四、吸附过程中的物质传递 (10) 五、固定床吸附流出曲线 (12) 第二节变压吸附的工作原理 (14) 一、吸附剂的再生方法 (14) 二、变压吸附工作基本步骤 (16) 三、吸附剂的选择 (17) 第三节变压吸附技术的应用及实施方法 (20) 一、回收和精制氢 (20) 二、从空气中制取富氧 (24) 三、回收和制取纯二氧化碳 (25) 四、从空气中制氮 (26) 五、回收和提纯一氧化碳 (28) 六、从变换气中脱出二氧化碳 (31) 附Ⅰ变压吸附工艺步骤中常用字符代号说明 (32) 附Ⅱ回收率的计算方法 (32)
第一节气体吸附分离的基础知识 一、吸附的定义 当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面的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，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上的吸附。相反，固体表面上被吸附的分子返回气体相的过程称为解吸或脱附。 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。吸附相的密度比一般气体的密度大得多，有可能接近液体密度。当气体是混合物时，由于固体表面对不同气体分子的压力差异，使吸附相的组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。 吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。伴随吸附过程所释放的的热量叫吸附热，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。气体混合物的吸附热是吸附质的冷凝热和润湿热之和。不同的吸附剂对各种气体分子的吸附热均不相同。 按吸附质与吸附剂之间引力场的性质，吸附可分为化学吸附和物理吸附。 化学吸附：即吸附过程伴随有化学反应的吸附。在化学吸附中，吸附质分子和吸附剂表面将发生反应生成表面络合物，其吸附热接近化学反应热。化学吸附需要一定的活化能才能进行。通常条件下，化学吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯气，沸石吸附乙烯都是化学吸附。 物理吸附：也称范德华（van der Waais) 吸附，它是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力所引起的，此力也叫作范德华力。由于固体表面的分子与其内部分子不同，存在剩余的表面自由力场，当气体分子碰到固体表面时，其中一部分就被吸附，并释放出吸附热。在被吸附的分子中，只有当其热运动的动能足以克服吸附剂引力场的位能时才能重新回到气相，所以在与气体接触的固体表面上总是保留着许多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附，其吸附热较低，接近吸附质的汽化热或冷凝热，吸附和解吸速度也都较快。被吸附气体也较容易地从固体表面解吸出来，所以物理吸附是可逆的。分离气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反应发生。本文以下叙述的除了注明之外均为气体的物理吸附。
碳分子筛
碳分子筛 碳分子筛概述 : 碳分子筛的主要成分为元素碳，外观为黑色柱状固体。因含有大量直径为4埃德微孔，该微孔对氧分子的瞬间亲和力较强，可用来分离空气中的氧气和氮气，工业上利用变压吸附装置（PSA ）制取氮气。鑫陶碳分子筛制氮量大、氮气回收率高，使用寿命长，适用于各种型号的变压吸附制氮机，是变压吸附制氮机的首选产品。 碳分子筛空分制氮已广泛地应用于石油化工、金属热处理、电子制造、食品保鲜等行业。 碳分子筛物化指标: 颗粒直径： 1.6mm 堆积密度： 640-660g/l 抗压强度： 100N/颗 Min. 粉尘含量： 100PPM Max. 碳分子筛性能指标 : 型 号 (Type) 吸附压力 (MPa) 氮浓度 (N2%) 产氮量 (NM3/h.t) N2/Air (%) CMS-160 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 40 100 160 200 290 15 23 34 38 43 CMS-185 0.8 99.99 99.9 60 120 20 26
99.5 99.0 98.0 185 230 310 36 41 46 CMS-200 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 70 140 200 260 330 21 27 36 41 48 CMS-220 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 90 160 220 290 360 25 34 43 48 54 CMS-240 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 100 175 240 300 370 26 35 44 49 55 CMS-260 0.8 99.99 99.9 99.5 110 190 260 27 36 45
CO-H2分离变压吸附工艺方案
PSA净化项目 初步方案 附件1 装置设计要求 1.1 技术条件及规格 1.1.1 原料气条件 CO 理论含量为30.5%（此时H 含量为68.31%，其它组份的百分比同上表）。 2 流量：79200Nm3/h（CO含量为30.5%即理论含量时，装置所需的原料气量）压力：3.2 MPag 温度：40℃ 1.1.2 CO产品气 压力：0.005~0.02 MPag 温度：40℃ 产品气 1.1.3 H 2 压力：3.0MPag 温度：40℃ 1.2 装置工艺流程与物料平衡
图1 变压吸附提纯CO/H 2 流程框图 物流说明：1－原料气，2－CO产品气，3－氢气产品气， 4－PSA-CO吸附尾气，5－解吸废气，6－CO置换气 附件3 装置工艺流程描述 3.1工艺流程简述 本设计方案拟采用变压吸附（PSA）气体分离技术从原料气中分离提纯CO 和H 2 。整个工艺过程分为三个工序，即原料气预处理工序、变压吸附提纯CO工 序（PSA-CO）、变压吸附提纯氢气工序（PSA-H 2 ）。 经过低温甲醇洗脱硫脱碳后的原料气，首先通过预处理将其中的重组分杂质 脱除，然后送入PSA-CO工序分离提纯得到CO产品气，PSA-CO吸附尾气送入PSA-H 2 工序，在PSA-H 2工序得到H 2 产品气。 流程框图见图1。 3.1.1预处理工序 经过低温甲醇洗脱硫脱碳后的原料气首先进入预处理工序。 预处理工序的目的是将经过低温甲醇洗后的原料气中的甲醇等重组分杂质脱除，保护PSA-CO工序吸附剂。 3.1.2变压吸附提纯CO工序（PSA-CO） PSA-CO工序的作用是使CO进一步与其它组份如H 2、N 2 等杂质组份分离，得 到CO产品。来自预处理工序的原料气，进入PSA-CO吸附塔，吸附尾气从塔顶流入PSA-H 2 工序。经过一定循环步骤后，吸附塔内合格的CO通过逆向放压和抽真空方式排出吸附塔，进入CO产品气缓冲罐。 为了保证CO产品的连续性，PSA-CO装置由18个吸附塔组成，任何时刻均有
实验十五分子筛变压吸附提纯氮气
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，N2为），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×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 流 出 液 浓 度 C C0 C E
实验十五 碳分子筛变压吸附提纯氮气
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。由于该吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制（即吸附－解吸循环速率的控制）非常重要。当吸附剂用量、吸附压力、气体流速一定时，适宜吸附时间可通过测定吸附柱的穿透 流 出 液 浓 度 C 恒温固定床吸附器的穿透曲线 C B C0 C E t
长兴金龙碳分子筛有限公司年产450t碳分子筛生产线建设项目环(精)
长兴金龙碳分子筛有限公司年产450t碳分子筛生产线建设项目环境影响报告书 湖州市环境科学研究所 ENVIRONMENTAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE OF HUZHOU 二零零七年四月
第一章总论 1.1项目由来 1.1.1项目背景及其实施的必要性 碳分子筛(CMS)作为一种新型吸附剂自60年代末实现工业化生产以来得到了迅速发展。CMS是一种特殊的活性炭，主要由1nm以下的微孔和少量大孔组成。由于其特殊的微孔结构，故可按照分子的大小和形状进行吸附，从而具有筛分分子的能力。CMS与传统的吸附剂相比，主要区别在于其孔隙结构：CMS主要由微孔及少量大孔组成，孔径分布较窄，约在0.5～1.0nm，而普通活性炭除微孔外，还有大量的中孔和大孔，平均孔径达2nm。自1948年EmmettL发现Saran 树脂(氮乙烯和偏二氯乙烯的聚合物)的炭化物具有分于筛效应以来，各国开展了大量工作，近年来在西欧、日本及中国亦相继进行了这方面的研究。目前，国际上生产商品CMS的公司主要有德国BF公司、日本Takeda公司以及美国Calogn 炭化公司。CMS主要用于吸附分离领域，它已成熟地应用于变压吸附分离空气中的N2和O2。以CMS为吸附剂的变压吸附空气分离技术作为一种中小规模经济地制取富氮的可靠方法，已在国内外得到广泛应用。 国内生产分子筛（CMS）是从上个世纪80年代开始的，经过多年发展，在分子筛生产上已积累了丰富经验，产品已和德国、日本等国家产品质量达到同等水平。目前国内分子筛产量最大的地方就是浙江省湖州市长兴县。目前长兴有分子筛生产企业4家，分别为长兴县海华化工有限公司、长兴中泰分子筛有限公司、长兴县科博化工有限公司、长兴县三立新材料有限公司。 面对这一市场背景，由自然人黄金龙投资600万元组建了长兴金龙碳分子筛
变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行_杨军红
收稿日期：2012－07－23；收到修改稿日期：2012－11－30。作者简介：杨军红，男，1970年1月出生，高级工程师，工程硕士，2006年毕业于华东理工大学化学工程专业，现任兖矿鲁南化工有限公司副总工程师。联系电话：0632－2362016；E －mail ： yjh66666＠126．com 。 兖矿鲁南化工有限公司变压吸附系统主要是为年产10万吨醋酐装置提供高浓度CO 产品气的配套系统，设计处理气量15000m 3／h 。该系统采用成都天立化工科技有限公司自主研发的发明专利技术———无动力吹扫解吸变压吸附脱碳工艺，改变操作条件可控制产品气CO 的纯度。整套系统正常生产后，通过不断优化改造，使变压吸附技术的优点得到了充分的发挥。 该醋酐装置变压吸附系统是将甲醇净化工段来的原料气温度40℃，表压力2．2MPa ，气体体积组成：CO 54．27％、CO 22．83％、H 242．09％、H 2S＋COS 0．1×10－6、N 20．65％、CH 4＋Ar 0．16％，经过粗脱碳工 序和精脱碳工序物理脱除CO 2，一氧化碳提纯工序分离制得合格CO （纯度不低于98．5％），最后经过压缩机加压到4．7MPa ，送往醋酐分厂，并将富产纯度不低于92％的H 2送往甲醇合成工段。 1变压吸附系统简介1．1变压吸附系统 变压吸附系统由粗脱段、精脱段、提纯段组成。 粗脱段采用吸附塔19台，3塔同时吸附，12次连续均压带吹扫，即19－3－12工艺流程；程控阀共297台，装填2种吸附剂：下层是少量的活性氧化铝，脱除少量的水；上层装硅胶脱除CO 2，控制 CO 2含量不高于0．2％。 精脱段采用吸附塔15台，4塔同时吸附，6次连续均压带4次吹扫，即15－4－6工艺流程；程控阀共219台，装填吸附剂为硅胶，进一步控制CO 2 含量不高于0．0150％。 提纯段采用吸附塔18台，3塔同时吸附，12次连续均压带顺放吹扫，即18－3－12工艺流程；程控阀共246台，装填吸附剂为分子筛，用于提纯 CO （纯度不低于98．5％）。 1．2辅助液压油系统 液压油泵系统作用是为变压吸附系统中液压程控阀的启闭提供动力（工作压力4．8～5．3MPa ）。由4个主油箱、1个副油箱、8台功率为25kW 的齿轮油泵以及61台为稳定油压、减小油路系统压力波动的蓄能器组成。 2变压吸附系统运行情况 2010年6月，水煤气变压吸附一氧化碳提纯 系统建成投产，一次开车成功。该系统运行初期除遇到因设备原因如电磁阀、程控阀故障等，使得吸附塔串压，影响系统稳定运行及产品气质量。除此之外还遇到了一些工艺技术设计问题，经过不断技术改造和优化，使系统达到了设计要求。目前整套系统运行状况良好。 3变压吸附系统的工艺优化3．1放空气回收利用 变压吸附系统原设计粗脱段、净化段吹扫气 变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行 杨军红，肖红玲，李小倍 （兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527） 摘要：介绍醋酐装置水煤气变压吸附提纯一氧化碳工艺系统，分析系统运行中出现的问题，提出具体的优化改造措施，改造后使整个系统实现了安全、稳定、长周期效益运行。 关键词：变压吸附 一氧化碳 优化改造 2013年4月第36卷第2 期 Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry Apr.2013Vol.36No.2
分子筛制氮机原理及条件
分子筛制氮机原理及条件 一、分子筛制氮机的原理 磐安恒远制氮机有限公司生产的分子筛制氮机是利用分子筛变压吸附原理（PSA）从空气中分离制取氮气。分子筛对空气中的氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面上的扩散速率不同。直径较小的气体分子（O2）扩散速率较快，较多的进入分子筛微孔。直径较大的气体分子（N2）扩散速率较慢，进入分子筛微孔较少，这样在气相中可以得到氮的富集成分。因此，利用分子筛对氧和氮在某一时间内吸附量的差别这一特性，由全自动控制系统按特定可编程序施以加压吸附，常压解析的循环过程，完成氮氧分离，获得所需高纯度的氮气。 二、分子筛制氮机控制的条件 1、空气压缩纯化过程 纯原料空气进入分子筛吸附塔，是非常必要的，因为颗粒及有机气体进入吸附塔会堵塞碳分子筛的微孔，并逐渐使碳分子筛的分离性能降低。纯化原料空气的方法有：1、使空压机的进气口远离有、油雾、有机气体的场所；2、通过冷干机、吸附剂净化系统等，最后经处理后的原料空气进入碳分子筛吸附塔。 2、产品氮气的浓度和产气量 分子筛制取氮气，其N2浓度和产气量可根据用户的需要进行任意调节，在产气时间及操作压力确定时，调低产气量，N2浓度将提高，反之，N2浓度则下降。用户可根据实际需要调节。
3、均压时间 分子筛制氮过程，当一个吸附塔吸附结束时，可将此吸附塔内的有压气体从上下两个方向注入另一个已再生好的吸附塔中，并使两塔气体压力相同，此一过程称为吸附塔的均压，选择适当的均压时间，即可回收能量，也可以减缓吸附塔内的分子筛受到冲击，从而达到延长碳分子筛的使用寿命。参考阀门的切换速度一般选择均压时间为1-3秒。 4、产气时间 根据分子筛对氧和氮的吸扩散速率不同，其吸附O2在短时间内就达到平衡，此时，N2的吸附量很少，较短的产气时间，可有效的提高碳分子筛的产气率，但同时也增加了阀门的动作频率，因此阀门的性能也很重要。一般选择吸附时间为30-120秒。小型高纯制氮机推荐使用短的产气时间，大型低浓度推荐使用长的产气时间。 5、操作压力 分子筛在动力学效应的同时，又具有平衡吸附效应，吸附质分压高，吸附容量也高，因此加压器吸附是有利的，但吸附压力太高，对空压机的造型要求也增高，另外常压再生与真空再生两个流程对吸附压力要求也不同，综合各项因素，建议常压再生流程的吸附压力选为5-8kg/cm2为宜；真空再生流程的吸附压力选择为3-5Kg/cm2为宜。 6、使用温度 作为吸附剂选择较低的吸附温度有利于碳分子筛性能的发挥，制氮机工艺在有条件的情况下，采取降低吸附温度是有利的。
分子筛
分子筛 一、分子筛的品种型号 分子筛（又称合成沸石）是一种硅铝酸盐多微孔晶体，它是由SiO和AIO四面体组成和框架结构。在分子筛晶格中存在金属阳离子（如Na，K，Ca等），以平衡四面体中多余的负电荷。分子筛的类型按其晶体结构主要分为：A型，X型，Y型等. A型 主要成分是硅铝酸盐，孔径为4A（1A=10 -10 米），称为4A（又称纳A型）分子筛；用Ca2+交换4A分子筛中的Na+，形成5A的孔径，即为5A（又称钙A型）分子筛；用K+交换4A分子筛的Na+，形成3A的孔径，即为3A（又称钾A型）分子筛。 X型 硅铝酸盐的晶体结构不同（硅铝比大小不一样），形成孔径为9—10A的分子筛晶体，称为13X（又称钠X型）分子筛；用Ca2+交换13X分子筛中的Na+，形成孔径为9A的分子筛晶体，称为10X（又称钙X型）分子筛 Y型 Y型分子筛具有X型分子筛烃似的晶体结构，但化学组成不同（硅铝比较大）通常用于催化领域。 分子筛是一种硅铝酸盐，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去，但晶体骨架结构不变，形成了许多大小相同的空腔，空腔又有许多直径相同的微孔相连，比孔道直径小的物质分子吸附在空腔内部，而把比孔道大得分子排斥在外，从而使不同大小形状的分子分开，直到筛分分子的作用，因而称作分子筛。它主要用于各种气体、液体的深度干燥，气体、液体的分离和提纯，催化剂载体等，因此广泛应用于炼油、石油化工、化学工业、冶金、电子、国防工业等，同时在医药、轻工、农业、环保等诸多方面，也日益广泛地得到应用。 3A型分子筛，主要用于石油裂解气、烯烃、炼气厂、油田气的干燥，是化工、医药、中空玻璃等工业用干燥剂。 化学式：2/3K2O·1/3Na22O·AI2O3·2SiO2·.9/2H2O 主要用途：1、液体（如乙醇）的干燥 2、中空玻璃中的空气干燥 3、氮氢混合气体的干燥 4、制冷剂的干燥 4A型分子筛主要用于天然气以及各种化工气体和液体、冷冻剂、药品、电子材料以及易变物质的干燥、氩气纯化、甲烷、乙烷丙烷的分离。 化学式：Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O 主要用途：1、空气、天然气、烃完烷、制冷剂等气体和液体的深度干燥； 2、氩气的制取和净化； 3、电子元件和易受潮变质物质的静态干燥； 4、油漆、聚脂类、染料、涂料中做脱水剂。 5A型分子筛 化学式：3/4CaO·1/4Na2O·Al2O3·2SiO2·9/2H2O 主要用途：1、天然气干燥、脱硫、脱二氧化碳； 2、氮氧分离、氮氢分离，制取氧、氮和氢； 3、石油脱腊、从支烃、环烃中分离正构烃。（可再生） 13XAPG 分子筛 主要用于大中型空分装置原料气的净化。 中空玻璃专用分子筛系列，可以同时吸附中空玻璃中的水分和残留有机物，使中空玻璃即使
一氧化碳变换的主要设备及操作控制
一氧化碳变换的主要设备及操作控制 摘要：本文根据作者自己的工作经验，结合实际，对一氧化碳变换的知识进行阐述，并探讨了一氧化碳变换的主要设备和变换过程中的操作要点。 关键词：化工；一氧化碳变换；设备；操作要点 1.一氧化碳变换的主要设备 1.1变换炉 变换炉随工艺流程不同而异，但都应满足以下要求：变换炉的处理气量尽可能大；气流阻力小；气流在炉内分布均匀；热损失小，温度易控制；结构简单，便于制造和维修，并能实现最适宜温度的分布。变换炉主要有绝热型和冷管型，最广泛的是绝热型。现介绍生产中常用的两种不同结构的绝热型变换炉。 （1）中间间接冷却式变换炉 中间间接冷却式变换炉结构的外壳是由钢板制成的圆筒体，内壁砌有耐混凝土衬里，再砌一层硅薄土砖和一层轻质黏土砖，以降低炉壁温度和防止热损失。内用钢板隔成上、下两段，每层催化剂靠支架支撑，支架上铺篦子板，钢丝网及耐火球，上部再装一层耐火球。为了测量炉内各处温度，炉壁多处装有热电偶，炉体上还配置了入孔与装卸催化剂口。 （2）轴径向变换炉 半水煤气和蒸汽由进气口进入，经过分布器后，70%的气体从壳体外集气器进入，径向通过催化剂，30%气体从底部轴向进入催化剂层，两股气体反应后一起进入中心内集气器而出反应器，底部用Al2 O3球并用钢丝网固定。外集气器上开孔面积为0.5%，气流速率为6. 7m/s，中心内集气器开孔面积为1.5%，气流速率为22m/ s，大大高于传统轴向线速0. 5m/s。因此，要求使用强度较高的小颗粒催化剂。轴径向变换炉的优点是催化剂床层阻力小，催化剂不易烧结失活，是目前广泛推广的一项新技术。 1.2饱和热水塔 饱和塔的作用是提高原料气的温度，增加其水蒸气含量，以节省补充蒸汽量。热水塔的作用主要是回收变换气中的蒸汽和湿热，提高热水温度，以供饱和塔使用。工业上将饱和塔和热水塔组成一套装置的目的是使上塔底部的热水可自动流入下塔，省去一台热水泵。 目前饱和塔用新型垂直筛板塔，可提高传质效率20%左右，气体处理量可提高50%以上，具有低压降，抗结垢抗堵塞能力强的特点。
天然气分子筛脱水装置工艺设计说明书
天然气分子筛脱水装置工艺 设计说明书 1 概述 1.1 设计要求 原料气压力为4.5MPa，温度30℃，工艺流程要求脱水后含水量在1ppm以下（质），采用球形4A分子筛吸附脱水，已知4A分子筛的颗粒直径为 3.2mm，堆密度为660kg/m3，吸附周期采用8小时。 其具体内容如下： 1.绘制天然气脱水工艺流程图； 2.确定工艺流程的主要工艺参数； 3.对脱水系统中主要设备进行工艺计算，并确定主要设备的结构尺寸和型号。 4.确定流程中主要管线的规格（材质、壁厚、直径）。 5.编写工程设计书。 1.2 设计范围 分子筛吸附塔装置 导热油换热单元 过滤器 再生气分离器 连接管道 排污放空系统 安全阀，调压阀 1.3 设计原则 1)贯彻国家建设基本方针政策，遵循国家和行业的各项技术标准、规范。 2)贯彻“安全、可靠”的指导思想，紧密结合上、下游工程，以保证中央处理厂
安全、稳定地运行。 3)根据高效节能、安全生产的原则，采用先进实用的技术和自控手段，实行现代 化的管理模式，实现工艺、技术成熟可靠、节省投资、方便生产。 4)充分考虑环境保护，节约能源。 1.4 气质工况及处理规模 气体处理规模：100×104 m3/d 原料气压力：4.5 MPa 原料气温度：30 ℃ 脱水后含水量：≤1 ppm 天然气气质组成见表1-1。 表1-1 天然气组成表（干基） 组分H2 He N2 CO2 C1 C2 mol% 0.097 0.052 0.55 0.026 94.595 3.305 组分C3 iC4 nC4 iC5 nC5 C6+ mol% 0.73 0.121 0.156 0.056 0.052 0.262 1.5 分子筛脱水工艺流程 1.5.1 流程选择 本装置所处理的湿净化气流量为100×104m3/d（20℃、101.325kPa标准状态下）。对于这样规模较大的分子筛脱水装置，可以采用2个吸附塔或3个吸附塔两种方案（分别简称两塔方案、三塔方案）。而相同工艺不同方案的操作情况与投资数据却完全不同，现将两塔方案、三塔方案的操作情况与投资情况进行比较，从而选择出最佳方案。 在两塔流程中，一塔进行脱水操作，另一塔进行吸附剂的再生和冷却，然后切换操作。在三塔或多塔流程中，切换的程序有所不同，通常三塔流程采用一塔吸附、一塔再生、一塔冷吹同时进行。 表1-2 三塔方案（常规）时间分配表 吸附器0～8h 8～16h 16～24h 分子筛脱水塔A 吸附加热冷却
分子筛变压吸附研究报告
院级本科生科技创新项目 研究报告 项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究 立项时间2014年10月 计划完成时间2015年12月 项目负责人储万熠 学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班 北京科技大学教务
摘要 变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。 ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。
Research of Prolong the Life of Pressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve Abstract The keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDand TEMcharacterization ofphysicalandchemicalproperties ofmolecular sieveinquiryto determine theimpact onmolecular sievesconditions. The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption air separation adsorbent bed based on the porous medium model, resulting in the flow state within the bed of gas and component concentration distribution for providing valid and reliable experimental data of improving molecular sieve’s life.
变压吸附基本原理(整理)
变压吸附技术 一、概况： 变压吸附（简称PSA）是一种新型的气体吸附分离技术，它有如下优点：（1）产品纯度高。（2）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。（3）设备简单，操作、维护简单。（4）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沸石分子筛作为吸附剂，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。70年代，变压吸附技术的工业应用取得突破性的进展，主要应用在氧氮分离、空气干燥与净化以及氢气净化等。其中，氧氮分离的技术进展是把新型的吸附碳分子筛与变压吸附结合起来，将空气中的O2和N2加以分离，从而获得氮气。随着分子筛性能改进和质量提高，以及变压吸附工艺的不断改进，使产品纯度和回收率不断提高，这又促使变压吸附在经济上立足和工业化的实现。 二、基本原理： 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的变化而变化的特性，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是被吸附的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的组分的吸附是定量的，当吸附剂对有效组分的吸附达到一定量后，有效组分西欧哪个吸附剂上能有效的解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有实用的意义。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。 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