變壓吸附法簡介

變壓吸附法 (PSA)

吸附分離是利用吸附劑只對特定氣體吸附和解析能力上的差異進(jìn)行分離的。為了促進(jìn)這個過程的進(jìn)行，常用的有加壓法和真空法等。分子篩變壓吸附分離空氣制取氧的機(jī)理，一是利用分子篩對氮的吸附親和能力大于對氧的吸附親和能力以分離氧，氮；二是利用氧在碳分子篩微孔系統(tǒng)狹窄空隙中的擴(kuò)散速度大于氮的擴(kuò)散速度，使在遠(yuǎn)離平衡的條件下可分離氧氮。

變壓吸附法制氧，氮在常溫下進(jìn)行，其工藝有加壓吸附/常壓解析或常壓吸附/真空解析兩種，通常選用沸石分子篩制氧，碳分子篩制氮。1991年，日本三菱重工制成世界上最大的PSA制氧設(shè)備，其氧產(chǎn)量可達(dá)8650m3/h，我國的PSA制氧設(shè)備已初步系列化，產(chǎn)量最高可達(dá)2600m3/h，氧純度≥90%，德國林德公司20世紀(jì)80年代以來的單位氧產(chǎn)品能耗最低可達(dá)0.42kw.h/m3 O2。

用碳分子篩制氮主要是基于氧和氮在碳分子篩中的擴(kuò)散速率不同，在0.7-1.0Mpa壓力下,即氧在碳分子篩表面的擴(kuò)散速度大于氮的擴(kuò)散速度，使碳分子篩優(yōu)先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中。碳分子篩本身具有加壓時對氧的吸附容量增加，減壓時對氧的吸附量減少的特性。利用這種特性采用變壓吸附法進(jìn)行氧、氮分離。從而得到99.99%的氮氣。

水蒸氣轉(zhuǎn)化法制氫工藝中，采用變壓吸附對粗氫氣進(jìn)行提純的流程。

1960年Skarstrom提出PSA專利，他以5A沸石分子篩為吸附劑，用一個兩床PSA裝置，從空氣中分離出富氧，該過程經(jīng)過改進(jìn)，于60年代投入了工業(yè)生產(chǎn)。80年代，變壓吸附技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用取得了突破性的進(jìn)展，主要應(yīng)用在氧氮分離、空氣干燥與凈化以及氫氣凈化等。其中，氧氮分離的技術(shù)進(jìn)展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結(jié)合起來，將空氣中的O2和N2加以分離，從而獲得氮氣。

隨著分子篩性能改進(jìn)和質(zhì)量提高，以及變壓吸附工藝的不斷改進(jìn)，使產(chǎn)品純度和回收率不斷提高，這又促使變壓吸附在經(jīng)濟(jì)上立足和工業(yè)化的實現(xiàn)。