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1、制氢装置吸附工艺PSA工艺流程在烃类蒸汽催化转化工艺流程中，出变换系统的工艺气 中含有大量的气体 CO2、CO,除用上述脱碳甲烷化方法脱除 外，工业上还可以用 PSA，把CO?、CO吸附分离，得到纯 度更高的氢气。1. 基本原理 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。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。吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸着、活 性吸附、毛细管凝缩、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
2、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。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气时，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。本装置中的吸 附主要为物理吸附。2. 吸附剂及吸附力工业PSA制氢装置所用的吸附剂都是具有较大比表面积的固体颗粒，主要有：活性氧化铝类、活性炭类、硅胶类和 分
3、子筛类。不同的吸附剂由于有不同的孔隙大小分布、不同 的比表面积和不同的表面性质，因而对混合气体中的各组分 具有不同的吸附能力和吸附容量。2.1 本装置所用吸附剂的特性如下：2.1.1 TL-01TL-01 吸附剂为一种物理化学性能极其稳定的高空隙ALQ,规格为3-5球状，抗磨耗、抗破碎、无毒。对几乎 所有的腐蚀性气体和液体均不起化学反应。主要装填在吸附 塔底部，用于脱除水分。2.1.2 HXBC-15BHXBC-15B吸附剂是以煤为原料，经特别的化学和热处理得到的孔隙特别发达的专用活性炭。属于耐水型无极性吸附 剂，对原料气中几乎所有的有机化合物都有良好的亲和力。 本装置所用HXBC-15B活性
4、炭规格为1.5条状，属于一种专 门为变换气类提氢设计的改性活性炭，装填于吸附塔中部主要用于脱除二氧化碳和部分甲烷2.1.3 HX5A-98HHX5A-98H 吸附剂为一种具有立方体骨架结构的硅铝酸盐，规格为2-3球状，无毒，无腐蚀性。该吸附剂不仅有 着较大的比表面积，而且有着非常均匀的空隙分布，其有效 孔径为0.5nm。HX5A-98H属于一种专用的强极性吸附剂，吸 附量较高且吸附选择性极佳。装填于吸附塔的上部，用于脱 除甲烷、一氧化碳、氮气。2.2 吸附剂的处理几乎所有的吸附剂都是吸水的，特别是 HX5A-98H 具有极强的亲水性，因而在吸附剂的保管和运输过程中应特别注 意防潮和包装的完整性
5、。如果吸附剂受潮，则必须作活化处 理。对于废弃的吸附剂，一般采用深埋或回收处理。但应注 意：在卸取吸附剂时，必须先用氮气进行置换以确保塔内无 有毒或爆炸性气体。在正常使用情况下，PSA工段的吸附剂一般是和装置同寿命的。2.3 吸附力 在物理吸附中，各种吸附剂对气体分子之所以有吸附能力是由于处于气、固相分界面上的气体分子的特殊形态。一 般来说，只处于气相中的气体分子所受的来自各方向的分子 吸引力是相同的，气体分子处于自由运动状态；而当气体分气体子运动到气、固相分界面时（即撞击到吸附剂表面时）, 分子将同时受到固相、和气相中分子的引力，其中来自固相 分子的引力更大，当气体分子的分子动能不足以克服这
6、种分 子引力时，气体分子就会被吸附在固体吸附剂的表面。被吸 附在固体吸附剂表面的气体分子又被称为吸附相，其分子密 度远大于气相，一般可接近于液态的密度。固体吸附剂表面分子对吸附相中气体分子的吸引力可 由以下的公式来描述：分子引力 F=C1/rm-C2/r n其中：C1表示引力常数，与分子的大小、结构有: C2表示电磁力常数，主要与分子的极性和瞬 时偶极矩有关r表示分子间距离因而对于不同的气体组分，由于其分子的大小、结构、 极性等性质各不相同，吸附剂对其吸附的能力和吸附容量也 就各不相同。PSA制氢装置所利用的就是吸附剂的这一特性 由于吸附剂对混合气体中的氢组分吸附能力很弱，而对其它 组分吸附能
7、力较强，因而通过装有不同吸附剂的混合吸附床 层，就可将各种杂质吸附下来，得到提纯的氢气。 下图象征性地给出了不同组分在分子筛上的吸附强弱顺序吸附能力组分氦气氧气氩气氮气 一氧化碳甲烷二氧化碳乙烷乙烯丙烷异丁烷丙烯氢气戊烯戊烷丁烯硫化氢硫醇甲 苯 乙 基 苯 苯 乙 烯 水 强3 吸附平衡吸附平衡是指在一定的温度和压力下，吸附剂与吸附质 充分接触，最后吸附质在两相中的分布达到平衡的过程。在实际的吸附过程中，吸附质分子会不断地碰撞吸附剂 表面并被吸附剂表面的分子引力束缚在吸附相中；同时吸附 相中的吸附质分子又会不断地从吸附剂分子或其它吸附质 分子得到能量，从而克服分子引力离开吸附相；当一定时间 内进入吸附相的分子数和离开吸附相的分子数相等时，吸附 过程就达到了平衡。对于物理吸附而言，动态吸附平衡很快 就能完成，并且在一定的温度和压力下，对于相同的吸附剂
