焦炉煤气制氢
焦炉煤气制氢工艺流程

焦炉煤气制氢工艺流程焦炉煤气制氢工艺是一种用焦炉煤气为原料生产氢气的过程。
焦炉煤气是指焦炭燃烧产生的气体,主要成分是一氧化碳和氢气,含有少量的二氧化碳、氮气和其他杂质。
利用焦炉煤气制氢是一种高效、低成本的方法,可以用于工业生产、能源储存和环保等领域。
主要包括气体净化、变换反应、水煮和气体分离等步骤。
下面将详细介绍焦炉煤气制氢工艺的流程及各个步骤的原理和操作方法。
1. 气体净化焦炉煤气中含有杂质如硫化氢、苯、硫醛等,这些杂质会影响后续反应的进行,因此需要进行气体净化处理。
气体净化可以采用吸附剂或洗涤液来去除杂质,使焦炉煤气达到符合要求的纯度。
2. 变换反应气体净化后的焦炉煤气进入变换反应器,通过变换催化剂催化反应,将一氧化碳和水蒸气转化为氢气和二氧化碳。
变换反应是焦炉煤气制氢过程中的关键步骤,需要控制反应条件如温度、压力和催化剂性质等,以提高氢气产率和减少副产物。
3. 水煮变换反应产生的气体混合物经过冷凝和去除二氧化碳后,进入水煮塔。
在水煮塔中,气体混合物与热水接触,使氢气与水反应生成氢气和热能。
水煮塔的目的是通过水煮反应增加氢气的纯度和产量。
4. 气体分离水煮后得到的气体混合物含有水蒸气和氢气,需要进行气体分离。
气体分离可以采用冷凝、压缩、吸附和膜分离等方法,将氢气从水蒸气和其他气体分离出来,得到高纯度的氢气。
总结起来,焦炉煤气制氢工艺流程包括气体净化、变换反应、水煮和气体分离四个步骤。
通过这些步骤的组合应用,可以高效地生产出高纯度的氢气,满足不同领域的需求。
焦炉煤气制氢是一种成熟的工艺,具有较高的经济效益和环保性,是未来氢能源发展的重要途径之一。
工业副产制氢的方法

工业副产制氢的方法
工业里头有不少副产制氢的路子呢。
就说焦炉煤气制氢吧,焦炉在炼焦的时候啊,会产生焦炉煤气,这里面就有不少氢气呢。
这就像是焦炉在干活儿的时候,顺手就制造出了氢气这个小宝贝。
这个焦炉煤气经过一系列的净化啊、分离啥的操作,就能把氢气给提取出来啦。
还有氯碱工业副产氢哦。
在氯碱工业里,用电解食盐水的办法来生产烧碱、氯气这些东西的时候呢,就会有氢气作为副产物出现。
这就好比是买一送一的感觉,本来是要生产烧碱和氯气的,氢气就跟着冒出来啦。
不过要得到比较纯的氢气,也得经过一些处理,把里面夹杂的其他气体给去掉才行。
石化工业里也能副产氢气呢。
比如说在石油炼制的过程中,像催化重整这个环节,就会产生含氢的气体。
这就像是在给石油做“变身手术”的时候,氢气就偷偷跑出来啦。
还有一些石油化工装置在进行轻烃裂解的时候,也会有氢气产生。
这些氢气经过收集、提纯,就能被我们利用起来啦。
工业副产制氢有不少好处呢。
一方面啊,这是对工业生产中原本可能被浪费的资源的一种回收利用,就像把角落里的宝贝捡起来一样。
另一方面呢,它的成本有时候会比专门制氢的方法低一些。
不过呢,这也有一些小麻烦。
比如说副产氢的产量可能会受到主产品生产规模的限制,如果主产品的产量有波动,氢气的产量也可能跟着变。
而且不同来源的副产氢,质量和纯度可能不太一样,提纯的时候也得费点心思。
宝子,你看这工业副产制氢是不是很有趣呀?就像是工业生产中的小惊喜,在生产其他东西的时候,还能把氢气这个清洁能源给捣鼓出来呢。
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焦炉煤气制氢操作规程

储配分公司大青站制氢工段焦炉煤气提氢装置操作规程第一章工艺技术规程1.1 装臵概况1.1.1 装臵简介本装臵建成于2012年2月,焦炉煤气处理量≥4208.41Nm3/h( 干基)。
产品氢气流量2100Nm3/h。
本装臵主要采用6-2-2/V程序变压吸附工艺技术从焦炉煤气中提取高纯氢。
整个过程主要分为预净化工序、提纯氢气的PSA工序、氢气脱氧和干燥工序、产品压缩和装车五个工序。
1.1.2 工艺原理利用固体吸附剂对气体的吸附有选择性,以及气体在吸附剂上的吸附量随其分压的降低而减少的特性,实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。
1.1.3工艺流程说明焦炉煤气经过压缩机加压至0.76MPa后进入预净化工序,经过预处理器脱除萘、焦油等杂质后进入变压吸附工序。
在吸附塔中氢气与其他杂质分离后进入脱氧干燥工序,纯度达99.99%的合格产品气经计量进入氢气压缩机压缩至20MPa后装车。
1.1.4 工艺原则流程图:焦炉煤气1.2 工艺指标: 1.2.1 原料气指标 原料气组成(干基) 组成H 2N 2CO 2CH 4 CO O 2 CnHm ΣV% 56.7 3.2 2.7 26.3 7.7 0.9 2.5 100 原料气中杂质含量(mg/Nm3) 组成 萘焦油 H 2S NH 3 mg/Nm 3冬≤50 夏≤100≤10≤20≤501.2.2 成品指标 组成H 2COO 2N 2CO 2CH 4 合计V% 99.992 0.0005 0.0005 0.006 0.0001 0.001 100 1.2.3 公用工程指标 项目 压力及规格 温度 流量及容量 蒸汽0.5MPa饱和温度夏天350kg/h 冬天430kg/h仪表空气 0.4-0.6MPa 常温 100Nm3/h 循环水给水0.4MPa回水0.25MPa 给水28℃回水40℃47t/h 电220V 50HZ 380V 50HZ安装容量:455KW 最大单台设备容预净化工序变压吸附单元 氢气加压单元脱氧、干燥单元产品装车单元量:132KW需要容量:382.86KW 低压氮气≧0.4MPa 常温开车初期一次1000Nm3/h 1.2.4 主要操作条件1. 预处理(100#)工序操作条件吸附压力(MPa)0.6-0.8吸附温度(℃)≦40再生压力(MPa)0.02-0.04再生温度(℃):进口150再生温度(℃):出口冷吹后温度达到110℃为标准切换周期(h/T)12其中:加热时间(h) 6冷吹时间(h) 6蒸汽压力(MPa)≧0.52. 变压吸附(200#)工序操作条件项目名称指标流量(Nm3/h)原料气4208.41(设计) 产品气2100(设计)浓度(%)原料气中氢56.7 产品气中氢99.9步骤设计压力(MPa)时间(S)A 吸附0.8 180E1D 一均降0.8→0.51 30E2D 二均降0.51→0.22 30D 逆放0.22→0.02 30V 抽空0.02→-0.08 120E2R 二均升-0.08→0.22 30E1R 一均升0.22→0.51 30FR 终升0.51→0.76 90循环周期540(设计)3. 脱氧干燥(300#)工序操作条件脱氧部分催化剂反应温度(℃)80-100 空塔速度(h-1)操作压力(MPa)0.8产品气中氧含量(ppm)≤5干燥塔部分操作压力(MPa)0.7-0.8温度(℃)40再生压力(MPa)0.8再生温度(℃):进口150出口≥环境温度+30切换时间(h)干燥4h,加热4h,冷吹4h蒸汽压力(MPa)0.6产品氢露点(℃)≤-60第二章工艺装臵操作指南2.1 100#工序操作要点2.1.1在操作中需定期取样分析净化后的原料气中C5组分的浓度,一般浓度控制在200ppm以下,否则要进行切换。
焦炉煤气制氢

目录前言 (3)第一节吸附工艺原理 (5)1.1 吸附的概念 (5)1.2 吸附的分类 (6)1.3 吸附力 (7)1.4 吸附热 (9)1.5 吸附剂 (9)1.6 吸附平衡 (12)1.7 PSA-H2工艺的特点 (14)第二节PSA-H2流程选择分析 (16)2.1 TSA与PSA流程的选择 (16)2.2 真空再生流程与冲洗再生流程的选择 (17)2.3 均压次数的确定 (17)第三节PSA-H2流程描述 (18)3.1 工艺流程简图 (18)3.2工艺流程简述...................................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.1工艺方案的选择 (18)2.3.2本装置工艺技术特点 (18)2.4工艺流程简述 (20)2.4.1预净化工序100#(参见图P0860-32-101) (20)2.4.2压缩及预处理工序200#(参见图P0860-32-201、P0860-32-202) (20)2.4.3变压吸附提氢工序300#(参见图P0860-32-301) (21)2.4.4脱氧干燥工序400#(参见图P0860-32-401) (22)2.5装置布置(参见图P0860-33-01) (22)2.6主要工艺控制指标 (23)第四节PSA-H2操作参数的调整 (24)4.1 相关参数对吸附的影响 (24)4.2 吸附压力曲线及其控制方式 (24)4.3 关键吸附参数的设定原则及自动调节方式 (25)4.4 提高PSA-H2装置可靠性的控制手段 (26)第五节PSA-H2装置注意事项 (27)5.1 吸附剂装填注意事项 (27)5.2 生产注意事项 (27)前言吸附分离是一门古老的学科。
早在数千年前,人门就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。
浅谈焦炉煤气制氢工艺

浅谈焦炉煤气制氢工艺焦炉煤气是焦炭生产过程中煤炭在高温、缓慢干馏过程中产生的一种可燃性气体。
我国是焦炭产量最大的国家,2023年我国焦炭产量43142.6万t,依此计算,我国焦炉煤气产量是非常高的。
全国焦炭产能约有1/3在钢铁联合企业,2/3在独立焦化企业。
独立焦化企业富余的焦炉气曾因无法直接用于生产而被大量放散,放散量最高峰时曾达30km³/a。
焦炉煤气自2023年1月1日起实施的《焦化行业准入条件》修订版规定,焦化生产企业生产的焦炉煤气应全部回收利用,不得放散。
这给焦炉煤气的综合利用提供了有利的政策支持,也进一步推动了焦炉煤气制氢、甲醇等工业技术的发展。
炼焦过程中释放的焦炉煤气中富含氢气(55%左右),焦炉煤气制氢是目前可实现的大规模低成本高效率获得工业氢气的重要途径。
而我国晋、冀、豫几省是资源大省和焦化大省,氢源非常丰富,如何高效、合理地利用是关系环保、资源综合利用和节能减排的重大课题。
1、焦炉煤气制氢原理焦炉煤气制氢工序主要有:脱硫脱萘、压缩预处理、变压吸附制氢、脱氧干燥等。
其中焦炉煤气预处理系统为变温吸附(TSA),制氢系统为变压吸附(PSA),而氢气精制系统也为变温吸附(TSA),可用焦炉煤气制取99.999%的氢气。
吸附剂在常温高压下大量吸附原料气中除氢以外的杂质组分,然后降解杂质的分压使各种杂质得以解吸。
在实际应用中一般依据气源的组成、压力及产品要求的不同来选择组合工艺。
变温吸附的循环周期长、投资较大,但再生彻底,通常用于微量杂质或难解吸杂质的净化;变压吸附的循环周期短,吸附剂利用率高,用量相对较少,不需要外加换热设备,广泛用于大气量、多组分气体的分离和提纯。
由于焦炉煤气提纯氢气的特点是:原料压力低,原料组分复杂并含有焦油、萘、硫、重烃等难以解吸的重组分,产品纯度要求高。
因而装置需采用“加压+TSA预处理+PSA氢提纯+脱氧+TSA干燥”流程。
2、主要生产过程焦炉煤气是炼焦的副产品,产率和组成因炼焦煤质量和焦化过程不同而有所差别,一般每吨干煤可生产焦炉煤气300~350m³(标准状态)。
焦炉制氢原理及应用实验

焦炉制氢原理及应用实验焦炉制氢是利用焦炉煤气进行制氢的一种工艺。
焦炉煤气是焦炉生产焦炭过程中的副产物,主要由一氧化碳、氢气和少量的甲烷组成。
利用焦炉煤气制氢能够将资源化利用和能源的高效利用进行有机结合,具有重要的经济和环境效益。
焦炉制氢的原理是将焦炉煤气经过一系列处理装置进行净化、升温和转化等处理,然后进入蒸汽重整反应器,通过与水蒸气的反应生成一氧化碳和氢气。
反应产物经过冷却、分离、净化等步骤后得到高纯度的氢气。
焦炉制氢应用实验是通过设计和搭建实验装置,进行制氢过程的模拟和研究。
实验流程主要包括焦炉煤气净化、升温和转化、催化重整反应等步骤。
实验装置通常由焦炉煤气净化单元、升温和转化单元、蒸汽重整反应单元和气体处理单元组成。
焦炉煤气净化单元主要用于去除焦炉煤气中的含硫化合物、颗粒物和水分等杂质,以保证后续反应装置的正常运行。
净化过程中可以采用物理吸附、化学吸附、脱硫和脱水等方法。
升温和转化单元是将净化后的焦炉煤气升温至适宜的反应温度,并将一部分甲烷转化为一氧化碳。
升温过程通常采用高温燃烧技术,利用煤气本身的燃烧产生的高温将煤气温度提升。
蒸汽重整反应单元是焦炉煤气与水蒸气发生重整反应的主要装置。
重整反应器通常采用镍基催化剂,通过控制反应温度和压力,将焦炉煤气中的一氧化碳和水蒸气发生重整反应,生成一氧化碳和氢气。
重整反应过程是一个放热反应,反应温度通常在800-1000摄氏度之间。
气体处理单元主要用于对重整反应产生的气体进行冷却、分离和净化等处理。
冷却过程通常采用换热器和冷凝器,将高温的反应产物冷却至适宜的温度。
分离过程通过分子筛、吸附剂和液体吸附剂等技术,将混合气体中的杂质和不纯物质进行分离。
净化过程主要采用吸附剂和催化剂等材料,进一步提纯氢气。
焦炉制氢的应用实验可以用于研究焦炉煤气制氢的可行性和优化工艺条件,也可以用于评估实际工业生产中的制氢效果。
实验结果对于制氢工艺的改进和煤气资源的高效利用具有重要的指导意义。
焦炉煤气制氢工艺流程

焦炉煤气制氢工艺流程英文回答:The process of hydrogen production from coke oven gas involves several steps. First, the coke oven gas ispurified to remove impurities such as sulfur compounds, ammonia, and tar. This is usually done through a series of scrubbing and adsorption processes. The purified gas is then sent to a steam reformer, where it reacts with steam in the presence of a catalyst to produce a mixture of hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide. This is known as the steam reforming reaction.The next step is to shift the carbon monoxide in the reformate gas to produce more hydrogen. This is done through the water-gas shift reaction, which involves reacting carbon monoxide with steam to produce carbon dioxide and hydrogen. The shift reaction is usually carried out in two stages: the high-temperature shift and the low-temperature shift. In the high-temperature shift, acatalyst is used to promote the reaction at temperatures around 400-500°C. In the low-temperature shift, adifferent catalyst is used to further convert the remaining carbon monoxide at temperatures around 200-250°C.After the shift reaction, the gas is cooled and passed through a series of purification steps to remove any remaining impurities. This may include processes such as pressure swing adsorption or membrane separation. The final product is high-purity hydrogen gas, which can be used for various applications such as fuel cells or ammonia production.中文回答:焦炉煤气制氢的工艺流程包括几个步骤。
焦炉煤气变压吸附制氢工艺流程

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目录前言 (3)第一节吸附工艺原理 (5)1.1 吸附的概念 (5)1.2 吸附的分类 (6)1.3 吸附力 (7)1.4 吸附热 (9)1.5 吸附剂 (10)1.6 吸附平衡 (12)1.7 PSA-H2工艺的特点 (15)第二节PSA-H2流程选择分析 (17)2.1 TSA与PSA流程的选择 (17)2.2 真空再生流程与冲洗再生流程的选择 (18)2.3 均压次数的确定 (18)第三节PSA-H2流程描述 (20)3.1 工艺流程简图 (20)3.2工艺流程简述 .................................................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.1工艺方案的选择 (20)2.3.2本装置工艺技术特点 (21)2.4工艺流程简述 (22)2.4.1预净化工序100#(参见图P0860-32-101) (22)2.4.2压缩及预处理工序200#(参见图P0860-32-201、P0860-32-202) (23)2.4.3变压吸附提氢工序300#(参见图P0860-32-301) (24)2.4.4脱氧干燥工序400#(参见图P0860-32-401) (24)2.5装置布置(参见图P0860-33-01) (25)2.6主要工艺控制指标 (25)第四节PSA-H2操作参数的调整 (27)4.1 相关参数对吸附的影响 (27)4.2 吸附压力曲线及其控制方式 (27)4.3 关键吸附参数的设定原则及自动调节方式 (28)4.4 提高PSA-H2装置可靠性的控制手段 (29)第五节PSA-H2装置注意事项 (30)5.1 吸附剂装填注意事项 (30)5.2 生产注意事项 (30)前言吸附分离是一门古老的学科。
早在数千年前,人门就开始利用木炭、酸性白土、硅藻土等物质所具有的强吸附能力进行防潮、脱臭和脱色。
但由于这些吸附剂的吸附能力较低、选择性较差,因而难以大规模用于现代工业。
变压吸附(Pressure Swing Adsorption)气体分离与提纯技术成为化学工业的一种生产工艺和独立的单元操作过程,是在本世纪六十年代迅速发展起来的。
这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,使得吸附分离技术在钢铁工业、气体工业、电子工业、石油和化工工业中日益受到重视;另一方面,六十年代以来,吸附剂也有了重大发展,如性能优良的分子筛吸附剂的研制成功,活性炭、活性氧化铝和硅胶吸附剂性能的不断改进,以及ZSM特种吸附剂和活性炭纤维的发明,都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。
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。
因而近三十年来发展非常迅速,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、氩气和烃类的制取、各种气体的无热干燥等。
而随着我国对油品质量的要求越来越高,企业燃油产品柴汽比的提高、进口原油加工量的增加和对节能、环保的越来越重视,石化行业对氢气的需求在近几年内增长速度极快,变压吸附氢提纯(简称PSA-H2)技术作为一种高效、节能的高纯氢提取技术也得到了越来越广泛的重视。
自一九六二年美国联合碳化物公司(UCC)第一套工业PSA制氢装置投产以来,UCC公司、Haldor Topsoe公司、Linder公司等已先后向各国提供了近千套变压吸附制氢装置。
与国外相比,国内的变压吸附技术起步较晚,特别是在PSA装置大型化技术方面较为落后,以至在七、八十年代,我国的大型变压吸附装置完全依赖进口。
为改变这种状况,我们进行了坚持不懈的努力,终于成功地完成了变压吸附计算机集成操纵技术和高性能三偏心金属密封程控蝶阀的开发工作,并研制成功了比国外制氢分子筛吸附容量更大、强度更高的新型5A制氢分子筛。
从而实现了大型变压吸附装置国产化关键技术的突破,达到了国外同类装置的先进水平。
第一节吸附工艺原理1.1 吸附的概念吸附是指: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。
其实质就是在两相的交界面上,物质的浓度会自动发生变化的现象和过程。
具有吸附作用的物质(一般为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。
由于分子是在运动的。
因此,作为吸附质的任何一个分子,当它在空间漫游时,既可能相互碰撞,也可能碰撞在固体(吸附剂)的表面上。
这种碰撞分弹性和非弹性碰撞。
前者停留时间极短,且反射角等于入射角。
而非弹性碰撞分子则贴在表面上一些时间,然后离开,但离去的方向与来时的方向无关。
在大多数的情况下,碰撞表面的吸附质分子要在表面上停留一些时间,其时间长短取决于多种因素,如分子碰撞在表面上的位置、表面的性质、分子的性质、表面的温度、分子的动能等等。
从一个单位面积的表面来看,我们可以推定在一定条件下,单位时间内碰撞表面的分子数是有一个动态平衡的。
因此,当表面上浓聚(停留)一些分子时,此种现象就被我们称为“吸附”。
在单位表面积上浓聚的分子数B取决于碰撞表面的分子数n及其在表面上停的时间Z:B=nZ I/cm2根据maxwele的统计学说,可以推导出:NPn =2πMRT此外,气体常数R=8.315×107尔格/0K一克分子阿佛加德罗常数N=8.025×1023M=气体的分子量P=气体分子的分压(毫米汞柱)T=温度0K∴举个例来说,在20℃时,湿度为1% 的空气中,水蒸气的分压是0.17㎜汞柱,这已是相当干燥了。
但根据上式计算,在平衡时,每秒钟还有8.46×1018个水分子碰撞到1㎝2的表面上。
因此,n的巨大数值使吸附现象可以很大的速度进行,即几乎是瞬间地进行。
但是应该说清楚,在存在吸附剂(例如硅胶等干燥剂)时,则仅是接近表面的一层气体才有这样大的速度。
当紧靠表面的空气中的水分子被吸附以后,吸附过程就显著减慢。
这有两方面的原因:1.吸附剂的活性表面少了;2.水分子的进一步供应要从远方的空气中来,这就取决于水分子在空气中的扩散速度。
可以设想,当气体分子落在表面上以后,就与组成表面的原子交换能量,当停留时间足够长时,它们之间还将达到热平衡。
与此同时,被吸附的分子也会从表面的热能涨落中,取得足够的能量(因为组成表面的原子或分子是在不断振动的,这在热能涨落中,有部份的能量会重新转给吸附的气体分子)而重新离开表面,这样就组成了吸附的动态平衡。
1.2 吸附的分类吸附按其性质的不同可分为四大类,即:化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。
化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应,并在吸附剂表面生成化合物的吸附过程。
其吸附过程一般进行的很慢,且解吸过程非常困难。
活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。
这种表面络合物的特点是:与被吸附的分子结合物的吸附剂的表面分子,仍留在吸附剂的结晶格子上。
其解吸过程一般也较困难。
毛细管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸汽时,在吸附剂孔隙内发生的凝结现象。
一般需加热才能完全再生。
物理吸附是指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。
物理吸附的吸附热不大(每克分子量吸附质约自十分之一仟卡至几仟卡),其数值范围与汽化热或凝结热相同。
变压吸附(PSA)气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。
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附而使其它组分得以提纯;利用吸附剂的第二个性质,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,从而构成吸附剂的吸附与再生循环,达到连续分离气体的目的。
1.3 吸附力吸附剂表面之所以有吸附能力是由于处在两相边界的分子的特殊状态。
在同一个相的内部,每一个分子所经受的被吸往其他分子的吸力在各个方向上是相等的。
而在两相边界上,分子所经受的引力则不同。
因为吸引它的分子位于不同的相中,而不同的相各自内部的分子引力是不相同的。
作用在边界分子上力量的这种不平衡现象,使得这些分子具有与相内部的分子不同的特质。
如果吸力的合力是向该相的内部,则该相表面的状态便表现为表面层收缩的能力,如通常所说,能够吸附与它相接触的另一相中的分子。
气体的分子能在吸附剂的表面停留一些时间,如前所述,主要是由于吸附力的存在,即分子间的作用力的存在。
这种作用力可以分成三种:1.极性分子与极性分子之间的定向极化作用;2.极性分子与非极性分子之间的变形极化作用;3.非极性分子与非极性分子之间的瞬时偶极矩。
归纳来看,分子间的作用力主要是由于带电粒子之间的静电作用而形成的,一般称为范德华力。
根据理论推算,范德华力是与分子间的距离的七次方成反比的(1/r7),所以,吸附现象可以模拟为这样:当气体分子与表面的距离愈近时(r↓)吸引力就愈来愈大,但当两个分子接近到它们的电子云相互重叠时,就在产生一种相互排斥的力,当分子继续接近时,排斥力的增长比吸引力的增长快得多。
因此,真正的分子引力:f = C1/r m-C2/r n对范德华力来说,m=9~13,n=4~7,右边第一项是引力,第二项是斥力,净吸引力就是二者之差,这两种力的平衡使气体分子在吸附剂表面一段时间放出能量以后又随着固体分子的振动再获得一定能量,以后就离开吸附区,回到气相。
由此可知:1.吸附力与气体(吸附质)分子、吸附剂分子的本身性质有关(例如:极化率、活性表面积等);2.吸附平衡与气体分子浓度,作用场的温度有关;3.吸附作用与吸附剂的使用情况有关(再生得好不好,活化处理得好不好等)。
除了吸附力以外,有的吸附剂(如分子筛、沸石灰还有晶格“筛分”的特性,气体分子的平均直径必须小于其微孔的直径,才能抵达吸附表面。
利用这种筛分作用,有时可使气体混合物得到更有效的分离。
常用的吸附剂从吸附力来分可以分成四大类,如图1所示:图1.吸附剂分类(按吸附力分)1.4 吸附热在吸附和解吸过程机理中,吸附热是表征物理吸附和活性吸附的重要标志之一。
气体或液体混和物和吸附剂相接触时,吸附质被吸附剂所吸附,伴随着吸附过程发生能量效应,是吸附质进入吸附剂表面和毛细孔的重要特征。