一、基础知识1．气体知识氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。
它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。
高纯氮气常作为保护性气体，用于隔绝氧气或空气的场所。
氮气（N2）在空气中的含量为78.084% （空气中各种气体的容积组分为：N2: 78.084%、02: 20.9476%、氩气：0.9364%、CO2: 0.0314%、其它还有 H2、 CH4、 N2O、 O3、 SO2、NO2 等，但含量极少），分子量为 28，沸点： -195.8C，冷凝点：-210C。
2．压力知识变压吸附（PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。
现使用的吸附剂一一碳分子筛最佳吸附压力为 0.75~0.9MPa,整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。
二、PSA制氮工作原理：变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。
碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示：碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现 O2 、N2 的动力学分离。
这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。
碳分子筛对 O2、 N2 的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别，O2 分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率， N2 分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。
压缩空气中的水和 CO2 的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。
最终从吸附塔富集出来的是 N2 和 Ar 的混合气。
、变压吸附基础知识第 1 题什么是吸附？分为几种类型？答：咐附是分离混合物的一种方式，它是利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物，利用混合物中各组分在吸附剂中的被吸附力的不同，使其中一种或数种物质吸附于固体表面上以达到分离的目的。
根据吸附表面和被吸附物质之间的作用力的不同，可分为物理吸附和化学吸附两种类型。
$ x# \& J) ]9 A; h 第 2 题吸附有哪些步骤答：从动力学的角度看，吸附可分为以下几个步骤： 8 s0 V, \; U' X6 g(1)外扩散； (2)内扩散； (3)吸附；(4)脱附；(5)反内扩散； (6)反外扩散。
第 3 题什么是变压吸附？答：变压吸附(Pressure Swi ng Adsorption简称PSA，是一种对气体混合物进行提纯的过程，以物理吸附原理为基础，利用两个压力上吸附剂对不同物质吸附能力的不同将杂质和提纯物质分离。
变压吸附工艺是在两种压力状态之间工作的，杂质的吸附在高压下进行，在低压下解吸使吸附剂再生，而产品在两种压力状态下均只有少量吸附或不吸附，这种不断循环的过程。
8 Y v1 v' t& ]第 4题变压吸附气体分离技术有哪些优点？ ; H0 D7 H# S& W4 S, a. U6 m 答： (1)产品纯度高：特别是对氢和氦等组分几乎能够把所有杂质除去； ( 2) 工艺简单：原料中几种杂质组分可以一步除去不需预先处理； (3)操作简单，能耗低：一般都在常温和不高的压力下操作，设备简单，吸附床再生不需外加热源； (4)吸附剂寿命长；吸附剂使用期限为半永久性，?每年只需少量补充，正常操作下吸附剂一般使用十年以上。
4 g! i1 p+ N, U3 h* l3 r) f) M5 f; el w, W- K+ ~" H+、’ r2 o第 5 题常用的吸附剂有哪几种？答：常用的吸附剂主要有以下几种：硅胶、活性氧化铝、活性碳、沸石分子筛、碳分子筛等。
. [7 I4 x) o) }7 i* V第 6 题什么叫做吸附剂的孔容？ + t4 P: q8 A/ e答：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中微孔的容积来表示，单位是 cm 3 /g。
7 I- ?+ e" c, H& c% _; q第 7 题什么是吸附剂的比表面积？ ; ]6 I- x1 l6 s+ _8 n2 i. h答：比表面积即单位重量吸附剂所具有的面积，单位为m 2 /g,吸附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面积。
第 8 题在吸附过程中，吸附床分为哪几个区段？答：吸附床可分为三个区段： (1)为吸附饱和区， ?在此区吸附剂不再只吸附，达到动态平衡状态； (2)为吸附传质区，传质区愈短，表示传 ?质阻力愈小(即传质系数大 )，床层中吸附剂的利用率越高； (3)为吸附床的尚未吸附区。
第 9题什么叫吸附前沿 (或传质前沿 )？答：在实际的吸附床，由于吸附剂传质阻力的存在，吸附质流体以一定的速率进入吸附床时，总是先在吸附床入口处形成一个浓度梯度，以此绘成的曲线便称为吸附前沿(或传质前沿 )，随着吸附质流体的不断流入，使曲线沿吸附床高度方向推进。
第 10 题什么叫吸附床流出曲线？答：在吸附庆中，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，经过一段时间，吸附质出现在吸附床出口处，以出口浓度－－时间绘成的曲线叫做吸附床流出曲线。
. u& W/ X3 |& V$ K" s: B! m9 J第 11 题什么叫穿透浓度和穿透时间？ # v% b- L7 ~9 t$ t+ L答：在吸附床流出曲线中，随着气体混合物不断流入，经过一段时间 (tc) 后，流出气体中杂质浓度达到一定值(Cc)出现揭点，开始突然上升，这时的杂质浓度(C 0 )称为穿透浓度，所对应的时间(tc)称为穿透时间。
( i/ f M7 ~ m! c* L第 12 题吸附剂的再生有哪些方法？答：变温再生：高温下再生，低温下吸附。
+ t; k8 u* '6 Z) T! x% h变压再生：利用降压、抽真空、冲洗、置换等方法使吸附剂所吸附的杂质析出。
0 v6 T: i0 r# S' [+ R7 c0 D' ~0 v& f8 }第 13题吸附剂的选择应遵循哪些原则？ / V/ M' w! v) W H( N答： (1)吸附剂对杂质良好的吸附性； (2)吸附剂对各组间的分离系数尽可能大；(3)吸附剂的吸附和再生之间矛盾的解决；(4)吸附剂应有足够的强度，以减少破碎和磨损率。
' M" K4 k% Q! b 第 14 题什么叫氢气回收率？答：回收率是变压吸附装置主要考核指标之一，它的定义是从高压吸附装置获得的产品中氢气组分绝对量占进入变压吸附装置原料气中氢气绝对量的百分比。
第 15 题在变压吸附循环过程中分哪些基本步骤？答： (1)压力下吸附：吸附床在过程的最高压力下通入气体混合物， ?其中杂质被吸附，需提纯物质从吸附床另一端流出。
(2)?减压解吸：根据被吸附组分的性能，选用降压、抽真空、冲洗和置换等几种方法使吸附剂再生； (3)?升压：吸附剂再生完毕后，用产品气体对吸附床进行充压，直至吸附压力为止。
' |) B- d6 U5 g6 n8 s4 o 第 16 题什么叫循环周期？答：对一台吸附器来说，一个循环周期就是指该吸附器从吸附杂质开始，经过泄压再生以后，又到新的一次吸附杂质开始，完成这样大的工艺过程叫做循环周期。
/l( }( c" Y! b! j4 V2 z$ V k4 a' R8 w; R第 17题什么叫循环程序？ * b8 u4 l" e. a6 {5 Z r答：将吸附器的循环工艺步骤周密合理地关联起来，实现PSA?工艺得以循环进行的自动工艺阀门程序化的动作程序。
* X0 H0 f6 | R' t" Q [# t第 18 题什么叫步位？ + n* X* V5 e ~! Z1 n答：步位是循环周期的程序基本单位，十床运行时，一个循环周期由 10 个分周期组成，而一个分周期由两个步位组成，每一步位的时间由步位定时器或吸附时间规定。
, [' w( C# b+ \# O8 h8 T5 b% L& l; c( {+ i* Y/ T第 19 题什么叫吸附时间？答：指一个吸附器在吸附步骤所经历的时间，其长短可以反映该吸附器处理进料气的总量。
在运转过程中，吸附时间是一个主要操作参数，分为能力和局部控制方式。
! o. a. W# }2 N7 L第20题什么是分周期时间？ 3 k/ |' W+ v3 w1 L2 H5 ' 答：指一个分周期所经历的时间，或者说是二个步位所经历的时间，分周期时间长短由吸附时间大小决定。
2 R, r1 w6 f+ P) d% k# i 第 21 题什么叫保持？答：指在循环程序中，在某个工艺步骤结束而下一个工艺步骤开始之前，该吸附器处于全封闭状态下，没有压力变化和物料流动，这种状态叫保持，符号为IS,它是循环过程中协调各吸附器的步骤的一种过滤状态。
)T7 13 J4 fO }3 d" T' R* T5 M3 x- ]. y J第 22 题影响 PSA 过程的主要因素有哪些？ 6 h% [% t- S u6 d8 H答：影响PSA过程的因素有以下几点：8 P. \8 X. J$ L1 ~(1)?进料带水：进料带水进入床层后严重影响吸附剂对气体杂质的吸附性能，且再生困难，所以必须对进料气体进行严格的脱水分离和伴热保温处理。
/ F8 T* T$ o8 H9 q* x% U6 J5 z(2)进料组成：当氢气含量低于设计值 (杂质增加 )?应相应缩短吸附时间，使产氢量下降，氢收率下降，若进料组成的规格不在设计范围内，还对吸附剂成损害，影响其合作寿命。
：X9 R/ I' ', K# _- \4 '(3)进料流速：流速低，应延长吸附时间以获得较高氢收率，流速高，?应相应缩短吸附时间，保证产品纯度，？PSA ?的操作弹性较大，？可在设计能力的110-30％的任何流率下操作，并保证产品氢纯度。
(4)吸附压力：PSA操作压力并非越高越好，在一定压力范围内，杂质吸附量增加而氢回收率提高，但在较高压力下，氢气的吸附量也相应增加，反而使回收率下降，所有压力均在 1.28MPa左右。
$ Z$ hl }& z! E1 Z2 E$ Q# d2 v) dO K(5)进料温度：进料温度太低或太高都使氢收率降低，温度过高不利吸附，影响吸附剂寿命，温度太低再生困难，还有带水的可能，同样不利吸附剂。
2 [$ c( ]" H" B5 x! F8 r5 b第 23 题吸附步骤结束后，吸附器内是否充满杂质，上部存氢有何用途？答：吸附结束后，吸附器内只有部分装载杂质，吸附器上部仍有未吸附杂质的吸附剂，同时存有纯净的氢气。