变压吸附空气分离技术的开发与应用

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 制氮装置

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。21312 变压吸附法利用不同压力下吸附剂对吸附质吸附容量和选择性的差异,即通过加压增大吸附容量,通过降压解吸吸附的组分。该法的吸附循环周期一般较短, 吸附热不需移出床外, 因此变压吸附工况可看作在一等温吸附线上变化。214 变压吸附基本工作过程对于变压吸附法, 工业上一般都以固相作为吸附剂, 气相为吸附质, 采用固定床结构及两个以上的吸附床系统, 使吸附剂的吸附和再生交替进行, 从而保证分离过程的循环和连续,一般包括以下三个基本过程:(1)吸附:吸附床在较高吸附压力下,通入气体混合物,其中强吸附组分被吸附剂选择吸附,弱吸附组分作为流出相从吸附床的出口端流出。(2) 解吸再生: 根据吸附组分的特点, 选择降压、抽真空、产品冲洗和置换等方法使吸附剂解吸再生。(3) 升压: 解吸剂再生完成后, 用弱吸附组分对吸附床进行逐步加压, 使之达到吸附压力值, 完成对下一次吸附的准备。3 变压吸附制氮法相对低温分离法的优势由于变压吸附操作一般在不太高的压力和常温下进行,比之于低温法具有流程简单、设备制造容易、操作和维修方便、自动化程度高、占地面积小、投资少等特点。发达国家已纷纷使用这种方法来实现氧氮分离, 并且已达到很高的技术水平。