5、吸附平衡
吸附平衡：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，吸附剂表面铸件被吸附 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：
活性氧化铝：简写为Al2O3，是无定形凝胶和氢氧化物晶体构 成的白色颗粒，对水有较强的聚合力。主要用于各种类型装 置中脱水。
活性炭：简写为Ac，是木炭、果壳、煤等含炭原料经炭化、活 化后制成。PSA工业中主要用于各种类型装置中CO2的脱除、 硫化物及其它高沸点组份的脱除等。
碳分子筛：简写为CMS，实际上也是一种活性炭，但其微孔孔 径均匀分布在一个狭窄的范围内。目前主要用于空分制富氮 装置。
沸石分子筛：简写为MS，是硅酸钠和铝酸钠等与NaOH水溶液 反应制得的胶体经干燥后而成，有均匀的孔径，具有分子筛 的作用。PSA工业中主要用于制氢、提纯CO、空分制富氧、 提纯甲烷、精度脱水和CO2等。
第四部分 变压吸附工艺
1.工 艺 描 述
PSA提纯氢气装置是由五台吸附塔（C0201A～E，下简称A、B、C、 D、E塔）、一台气液分离缓冲罐(F0201)、 一台产品氢气缓冲罐 (F0202) 、两台氢气缓冲罐(F0203A、B)和一系列程控阀组成。压力～ 1.2Mpa的甲醇裂解转化气(原料气)进入吸附塔(C0201A、B、C、D、E) 进行吸附，得到的产品气经过产品氢气缓冲罐(F0202)和氢气缓冲罐 (F0203A、B)的缓冲之后，再经过计量和调节到用户去。杂质气体即废 气放空。
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。
其局限性在于： (1)处理系统复杂，膜对NH3、硫化物很敏感，要求原料气中NH3和H2O等均小 于1ppm； (2)得到的产品纯度不高，混合气体中的每种组份均可渗透； (3)压力为气体渗透的动力，因此需要较大的压差，并且透过气体没有压力， 能量损失较大。
制氢站PSA工段
部 门：公用工程部 讲解人：王 小 波 时 间：2013-8-2
制 氢装置组成
❖ 生产装置由导热油加热工段 、甲醇裂解工段和变压吸附提氢（PSA） 工段三大工段组成。整套装置生产能力600Nm³/h
工艺流程图
变压吸附提氢 （PSA）
第一部分 常用气体分离方法介绍
1.低温分离法附剂上吸附性能的差异，以及同种气体在吸附剂 上的吸附性能随压力的变化而变化的特性来实现混合气体的分离。其特点在于： (1)产品纯度高； (2)工艺简单，原料气中的H2O、H2S、CO2等杂质组份可一步除去，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，设备简单，整个过程 全部实现自动化； (4)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10年以上。
低温分离法：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。
其局限性在于： (1)工艺中要先除去CO2和H2O等高沸点组份，预处理系统复杂； (2)需消耗大量的冷量，能耗高； (3)设备复杂，开停车不方便，开车数小时才能得到合格产品； (4)产品纯度低，沸点相近的组份要分离得到高纯度产品很困难。
3、表面的含义
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
500~600 m2/g
活性炭 Ac
700~1100 m2/g
分子筛 MS
700~1000 m2/g（其外表面积仅 为2.67×10-4 m2/g
4、吸附的分类
吸附分为物理吸附和化学吸附
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。
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－－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。
2、吸附剂、吸附质、吸附热、解吸热
吸附剂－－吸附物质的固体称为吸附剂。 吸附质－－被吸附的物质称为吸附质。 吸附热－－伴随吸附过程所释放的热量称为吸附热。 解吸热－－脱附或解吸过程所需要吸收的热量称为解吸热。
容易 数分钟～数十分钟
中 低
膜分离法(Memb.) 技术开发阶段 ~98 较低
90~92 3.0 ~15.0或更高
容易 数分钟 较小 低
第二部分 吸附的基本概念
1、吸附、吸附相、脱附
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。
v1>v2时，为吸附过程 v1<v2时，为解吸过程 v1＝v2时，为吸附平衡状态
6、吸附量
吸附量：吸附达到平衡时单位重量吸附剂所吸附的气体量。也称为平衡吸附量。
测量方法如下：
先抽真空，得到弹簧秤读数W0 引入气体，平衡后得到读数W
吸附量q
W－W0
q=
(毫升/克)
钢瓶
PT
弹簧秤 密闭容器
吸附剂 抽真空
3种氢气分离方法比较
比较项目 技术情况 氢气纯度(％)
能耗
低温精馏法(ASU) 成熟 90~99
高
变压吸附法(PSA) 成熟 98~99.999 低
氢氧气回收率% 操作压力，MPa 生产可调性 装置出产品时间 装置占地面积
装置投资
90 ~95 1.0 ~8.0
较难 数小时～数十小时
较大 高
60~92 0.5 ~3.0
M 吸附剂重量
第三部分
吸附剂介绍
1、吸附剂的共性
有比较大的吸附容量，要求有很大的比表面积、大的孔容，并 且微孔要多。
吸附剂的选择性要好，即组份间的分离系数要大。 要求有较高的机械强度，以免在高强气流冲刷下粉碎。
2、变压吸附装置中常用吸附剂种类
硅胶：简写为SG，是坚硬的多孔结构的玻璃状颗粒。主要用 于提纯CO2、脱碳、干燥和烃类分离等.