变压吸附工作基本步骤

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      单一的固定吸附床操作，无论是变温吸附还是变压吸附,由于吸附剂需要再生，吸附是间歇式的。因此，工业上都是采用两个或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生交替（或依次循环）进行，保证整个吸附过程的连续。      对于变压吸附循环过程，有三个基本工作步骤： 1．压力下吸附       吸附床在过程的最高压力下通入被分离的气体混合物，其中强吸附组分被吸附剂选择性吸收，弱吸附组分从吸附床的另一端流出。 2．减压解吸       根据被吸附组分的性能，选用前述的降压、抽真空、冲洗和置换中的几种方法使吸附剂获得再生。一般减压解吸，先是降压到大气压力，然后再用冲洗、抽真空或置换。 3．升压       吸附剂再生完成后，用弱吸附组分对吸附床进行充压，直到吸附压力为止。接着又在压力下进行吸附。       图2-3示出了在一个变压循环中吸附剂的吸附负荷与压力的变化关系。
吸附剂的选择      吸附剂对各气体组分的吸附性能是通过实验测定静态下的等温吸附线和动态下的流出曲线来评价的。吸附剂的良好吸附性能是吸附分离过程的基本条件。      在变压吸附过程中吸附剂的选择还要考虑解决吸附和解吸之间的矛盾。例如对于苯、甲苯等强吸附质就要用对其吸附能力较弱的吸附剂如硅胶，以使吸附容量适当，又有利于解吸操作。而对于弱吸附质如甲烷、氮、一氧化碳等，就需要选用吸附能力较强的吸附剂如分子筛等，以期吸附容量大些。选择吸附剂的另一要点是组分间的分离系数尽可能大。      所谓分离系数的定义是这样的：  设有一个二组分体系，其中A为强吸附组分；B为弱吸附组分。她们的组别分别为Xa和Xb，组分A和B的吸附系数Ka、Kb各为： Ka =qa.T.p0/(v.T0.p.Xa)               Kb=qb.T. p0/( v.T0.p.Xb) 式中：q—床内吸附剂吸附A或B组分在标准状态下的体积；       p、T—工作状态下的压力和温度；        v—吸附床的死体积（即床内流体能占有的体积），其值为： v=1/db – 1/dg  于是分离系数α为： α=（Ka+1）/(Kb+1)  也就是说，某组分吸附平衡时在吸附床内的总量有两部分，一部分是在死空间中，另一部分被吸附剂所吸附，其总和叫做某组分在吸附床内的存留量；弱吸附组分和强吸附组分各自在死空间中含有的量占床内存留量的比值之比称为分离系数。分离系数越大分离越容易。在变压吸附中被分离的两种组分的分离系数不宜小于2。表2-1、2-2列出了常见主要组分在大气压和20℃下的分离系数。         表2-1                    常见组分对各种吸附剂的分离系数  组分吸附剂        CH4CO2        COCH4        N2CH4        N2CO        H2CH4        H2CO        N2N2 硅胶        6.40        1.31        1.86        1.42        2.90        2.05        3.8 活性炭        2.00        2.07        2.84        1.37        6.97        5.10        14.4    表2-2                    常见组分对各种吸附剂的分离系数 组分吸附剂        CH4CO        COCO2        N2CH4        N2CO        H2CH4        H2CO        N2N2 5A分子筛        1.79        3.15        1.40        2.50        9.65        17.2        6.9 丝光沸石        1.18        2.23        1.39        1.65        15.5        18.5        11.2 13X分子筛        1.58        4.70        1.52        2.40        8.0        12.6        5.25      另外，在吸附床运行过程中因床内压力周期地变化，气体短时间内进入、排出，吸附剂应有足够的强度，以减少破碎和磨损。被分离的气体如果含有象有机[wiki]机械[/wiki]润滑油、煤焦油之类的物质，那么在吸附过程中，这些油性物质会粘附在吸附颗粒的外表面，堵塞吸附剂内的通道，使吸附剂失去吸附能力。粘附有油类物质的任何吸附剂，不管采用升温还是降压抽空的再生方法，都是不能再生的。因此对气体中的含油量必须严格限制，有的场合就需增设除油设施，以免吸附剂在使用中失效。      变压吸附分离不同的气体混合物所采用的吸附剂如下表2-3所示：  表2-3    变压吸附分离气体混合物所采用的常用吸附剂              分离对象                   硅胶         活性炭         分子筛                         从气体混合物除去水分           √                           √ 空气净化                                     √             √ 空气分离制取氧和氮                                          √ 从氢中除去二氧化碳             √            √  从氢中除甲烷、一氧化碳、氨                                  √ 从氢中除去烃类                 √   合成气净化                                   √             √ 从甲烷中除去其它烃类                         √             √ 从瓦斯气中回收甲烷                           √             √ 从石灰窑气中分离二氧化碳       √            √   从炼钢转炉煤气中分离一氧化碳   √            √             √ 天然气净化                                   √             √   分离组成复杂、类别较多的气体混合物，常需要选用几种吸附剂，这些吸附剂可按吸附分离性能依次分层装填在同一吸附床内，有的情况也可分别装填在几个吸附床内。  第三节    变压吸附技术的应用及实施方法     变压吸附装置的操作方式大致分类如下：      平衡分离型是按气体在吸附剂上的平衡吸附性能进行选择性吸附的原理分离气体混合物，速度分离型是根据吸附剂对各组分的吸附速度的差别实现气体混合物分离的。      在平衡分离型中，等压型的吸附操作是在等压下进行的，吸附床在操作压力下压力损失小，目前工业上应用的变压吸附装置都为等压型的。非等压型的快速变压吸附是依靠系统流体阻力的适当分配来实现的，吸附操作要保证吸附床内有一定的压力梯度，吸附剂的粒度较细为40～60目（而等压型变压吸附用的吸附剂直径为1.6～3.5mm），因此压力损失大。快速变压吸附的特点是装置特别简单，通常只用一个吸附床，又由于快速周期循环，单位吸附剂的生产能力较高。其缺陷是达不到高纯度产品，在相同产品纯度下回收率要低，只适用于小型规模的生产装置。

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