分子筛变压吸附研究报告
院级本科生科技创新项目
研究报告
项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究
立项时间2014年10月
计划完成时间2015年12月
项目负责人储万熠
学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班
北京科技大学教务
摘要
变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。
ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。
Research of Prolong the Life of
Pressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve
Abstract
The keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDand TEMcharacterization ofphysicalandchemicalproperties ofmolecular sieveinquiryto determine theimpact onmolecular sievesconditions.
The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption air separation adsorbent bed based on the porous medium model, resulting in the flow state within the bed of gas and component concentration distribution for providing valid and reliable experimental data of improving molecular sieve’s life.
目录
1引言 (1)
1.1课题研究背景 (1)
1.2课题研究目的及意义 (1)
2原矿矿物学分析 (2)
2.1分子筛XRF分析 (2)
2.2 分子筛XRD表征 (3)
2.3 分子筛TEM表征 (5)
2.4 分子筛孔隙率实验 (6)
2.4.1 失活实验 (6)
2.4.2 活化实验 (6)
2.4.3 差热曲线 (7)
3 ANSYS FLUENT模拟 (8)
3.1 模型建立 (8)
3.2 模拟结果 (11)
3.2.1压力云图 (11)
3.2.2 速度云图 (11)
3.2.3 温度云图 (12)
4 FLUENT模拟结论 (12)
参考文献 (12)
1引言
1.1课题研究背景
变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。国外制氧吸附剂的氮吸附容量普遍比国内要高一些，并且在制氧稳定性方面国外制氧吸附剂比国内有很大优势，因此在相同制氧工艺上就凸显了国内制氧吸附剂的弊端。
1.2课题研究目的及意义
对于制氧工艺国内外均已发展成熟，但是对变压吸附法富氧工艺的动态模拟计算的报道并不多。传统的实验研究：大部分受到设备规模、测量精度、安全隐患等外界因素的限制，存在成本高、操作周期长等缺点。纯理论分析要求对计算目标抽象化，才有可能得出理论解，而且对于非线性情况，计算过程极其复杂，想要得出解析结果就更加困难。计算流体力学通过计算机和数值方法求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析。
计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamic)是一种以流体为研究对象的数值模拟技术，通过计算机迭代计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关现象所作的分析，并以此预测流体运动规律的学科，方便直观。CFD 是模拟流体流动和传递现象从而提高对传递现象理解、优化过程设备设计的可靠工具。
CFD方法结合单纯的实验测量与传统的纯理论分析方法的优点，能够更有效的研究流体流动问题。传统的实验研究大部分受到设备规模、安全隐患(高温、高压、易燃、易爆)、测量精度等外界因素的限制，存在操作周期长，成本高，消耗大量的人力物力等缺点。理论分析要求对计算目标做抽象简化，才有可能得出理论解，而且对于非线性情况，只有少数流动才能给出解析结粜。CFD方法正是克服前面两种方法的弱点，采用强大的数值计算能力，解决用理论解析法无法求解的方程和某些由于实验技术所限，难以进行测量的问题。
CFD的应用和发展，降低了研究的工作量和对计算机硬性条件和知识的要求，避免了一些非必要测试实验的次数，节省了大量成本，使CFD应用于研究流体的范围更加不断扩大，推动了流体力学更深入发展。作为研究流体流动、传热、传质和反应的新方法，计算流体力学方法应用越来越广泛。CFD软件的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。
ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动，为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。
2原矿矿物学分析
2.1分子筛XRF分析
表2-1 分子筛的XRF分析
HD-1的硅铝比=1.335
PU-8的硅铝比=1.369
根据硅铝比分析，两种分子筛均为X型分子筛。为八面沸石结构。
图2-1 八面沸石的骨架结构
X型分子筛具有天然矿物八面沸石的骨架结构。属于六方晶系，空间群为Fd-3m。
晶胞参数:a= 24.345 ? b=24.345 ? c= 24.345?
α= 90.000° β= 90.000° γ= 90.000°
骨架密度：13.3 T/1000 ?3
其结构单元是β笼，相邻的β笼通过六方柱连接，形成一个超笼结构和三维孔道体系。超笼中含有4个按四面体取向的12元环孔口，其直径为7.4?*7.4 ?。
2.2 分子筛XRD 表征
1.分子筛的XRD 谱图
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图2-2 HD1的XRD 表征
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图2-3 PU8的XRD 表征
由HD1和PU8的XRD 谱图可以看出，两种分子筛均为纯晶体。HD1的PDF 卡片为PDF#39-0222，Na 96Al 96Si 96O 384·216H 2O 。PU8的PDF 卡片为Na 1.84Al 2Si 4O 11.92·7H 2O 。两种分子筛均是典型的LSX 型分子筛，它同时具有X 型分子筛大孔融骨架结构和A 型分子筛低硅铝比的特点，即Si/Al=1，因此对氮气有着更强的吸附性。
2.分子筛失效前，失效后，活化后的XRD 谱图对比
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图2-4 HD1失效前，失效后，活化后的XRD 谱图
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图2-5 PU8失效前，失效后，火化后的XRD 谱图
由分子筛失效前，失效后，火化后的XRD 谱图可知，吸水前后以及加热失水前后，分子筛的衍射位与新分子筛几乎相同，可以肯定水分并没有完全破坏分子筛的骨架结构。
2.3 分子筛TEM 表征
图2-6 HD1 图2-7失效HD1
由上图可知，HDI 分子筛在吸水前后的微观结构并没有差别。
图2-8 PU8
PU8分子筛表面被大量的非晶物质覆盖，无法观测其微观结构。由SEM 的结果推测，其表面可能为有机粘结剂。大量的有机粘结剂覆盖在晶体表面，使得无法观察。
2.4 分子筛孔隙率实验
2.4.1 失活实验
失效原因：在变压吸附过程中，仪器出现状况，泄露水分导致空气中含水量过高，分子筛吸水失效。其水蒸气的浓度存在偶然性，无法获得。
根据失效原因，其失效使由于分子筛吸附过程失水，因此，利用实验室现有条件，使分子筛吸附脱附的过程中吸收水分。
现场的条件：
（1）鼓风机加压（45kpa）
（2）真空泵抽真空（-50kpa）
（3）控制升压降压时间
实验室条件：
（1）无加压设备
（2）可抽真空（BET）
（3）升降压过程不可调节
失效过程：
（1）将分子筛放在空气中自然吸附一天。（当天温度28.8℃，相对湿度57%，其空气湿度远远大于分子筛所要求的露点（-60℃），所以用这种方法可以使分子筛失效）。
（2）模拟了10次吸附解吸过程。常压吸附，真空解吸。
图2-9 HD1图2-10 PU8
2.4.2 活化实验
活化原理：利用高温以及低压，使难解吸的水分从分子筛上脱附。
现场活化：
（1）干基氮气或干空气（露点低于-60℃）
（2）真空加热450℃
（3）运行时间无法获得
实验室条件：
（1）干基氮气
（2）最高加热温度为400℃
为了测试，400℃的情况下，分子筛是否可以有效的活化，我们做了分子筛的差热分析实验。
2.4.3 差热曲线
图2-11 HD1差热曲线
图2-12 PU8差热曲线
由差热分析法结果可得:
分子筛从常温开始加热，直到250 ℃左右，一直在吸热脱水，之后，脱水结束。
在700~800℃时，发生晶体结构的改变。
由此可以确定，400℃可以使其充分活化。
活化方案：
400℃下真空加热1小时。（由常温到400℃，加热40分钟，保持20分钟）将活化后的分子筛做孔隙率，强度，透镜分析，与新的分子筛作对比。
3ANSYS FLUENT模拟
3.1 模型建立
图3-1 吸附塔实际模型
图3-2 吸附塔FLUENT模型
图2-2为按照实际吸附塔的尺寸，在ANSYS中，建立吸附塔的3D模型，
图3-3 模型中取点位置
Point 1（3m，0.3035m）、Point 2（3m，0.607m）
Point 3（3m，0.9105m）、Point 4（3m，1.214m）
Point 5（3m，1.5175m）、Point 6（3m，1.821m）
图3-4 氧气残留体积摩尔浓度随入口流速变化图
残留氧气体积摩尔浓度先降低，是因为在一定范围内，提高流体的流动速度，能够加快分子筛和气体之间的吸附作用，而且快速流动的气体能够更好地带走吸附在分子筛表面的氧气，因此残留在吸附床内的氧气体积摩尔浓度会降低；但当气体流速过快时，分子筛并不能充分地和流体组分进行吸附作用，当吸附过程结束后，残留在吸附床内的氧气体积摩尔浓度会比较低入口流速的大。
图3-5吸附床内压力随监测点位置的变化曲线
随着入口流体速度的增加，吸附床内分子筛层与层之间的压降会有所增大。如右图所示，当流速在3.096m/s之时，各监测点之间的压降绝对值远大于其余流速所产生的压降绝对值，即在3.096m/s条件下，分子筛层与层之间的作用力为最大，巨大的作用力很容易破坏分子筛的物理结构，造成分子筛粉化。
综合以上分析，流体速度为2.096m/s时，能够有效的降低吸附床内残留的氧气体积摩尔浓度，分子筛层与层之间的压降绝对值也在可接受的范围内，这样既能保证氧气产品的纯度和效率，又能很好地保护分子筛的物理结构，不至于粉化，从而达到延长分子筛寿命的目的。
表3-1 CCS全年温湿度情况
能够有效地降低原料气中的含水量，延长分子筛的使用寿命。、
制氧设备降低空气的温度主要从两个方面着手：一是降低空气进入空压机时的温度；二是提高空压机末级冷却器的冷却效果。
3.2 模拟结果
3.2.1压力云图
图3-6 吸附塔压力云图
越靠近出口处，床层之间的压力差就越小，也就表明越靠近出口处的分子筛，寿命就越长。
3.2.2 速度云图
图3-7 吸附塔速度云图
吸附阶段，在吸附传质区（发生剧变位置）前，床层和气体之间出于吸附平衡状态，是一个吸附饱和区；气体流经吸附传质区之时，气体分子被分子筛大量
吸附，气体的流速显著下降。传质区后，流速又变得较为平缓。
3.2.3 温度云图
图3-8 吸附塔温度云图
由于靠近边界层处，流速较慢的缘故，甚至有些气体滞留在吸附床中，导致热量不是那么容易被气体带出吸附床，最终两处壁面和中心区域形成了一个较小的温度差。
4FLUENT模拟结论
1.在温度为298K，流体速度为0.0959m/s条件下，对组分Langmuir等温曲线模拟并与实际等温吸附曲线对比，两条曲线取得了良好的一致性，表明：建立的变压吸附床模型是非常可靠和可行的。
2.入口流体速度为2.096m/s时，能够有效的降低吸附床内残留的氧气体积摩尔浓度，分子筛层与层之间的压降绝对值也在可接受的范围内，这样既能保证氧气产品的纯度和效率，又能很好地保护分子筛的物理结构，不至于粉化，从而达到延长分子筛寿命的目的。
3.入口气体的温度选择为288K时，既能够保证吸附床中分子筛和气体之间吸附作用的进行，又能够有效地降低原料气中的含水量，延长分子筛的使用寿命。
参考文献
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变压吸附制氧技术方案
ZY-1000/80Nm3/h变压吸附制氧 技术方案 目录 第一章：公司简介
第二章：变压吸附制氧简介 第三章：技术方案 第四章:近两年变压吸附设备部分业绩表 第五章：公司投资成功案例 一、公司简介 宏达新元科技是一家专业从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司。公司的核心业务包括：
设备销售、租赁、整改 ★VPSA真空变压吸附制氧 ★PSA变压吸附制氧设备 ★制氮设备、氮气纯化装置 ★LNG系统成套设备和LNG泵 企业拥有现代化标准生产车间和大批专业从事VPSA真空变压吸附、PSA变压吸附、气体分离及机械技术人员，为气体及气体设备领域用户提供独特的产品、服务、技术咨询和解决方案。 我公司下辖的企业有简阳天欣气体公司和广西聚源气体公司，为客户提供优质高纯度的气体。企业还在省与欣国力低温公司、简阳川空通用机械厂建立了良好的合作关系。 我公司于2011年3月17日在市苍梧县工商行政管理处登记注册成立的广西川桂气体科技。其性质为有限责任。注册资金2000万元人民币。 我们将不断完善售后服务、改善设备工艺、加强质量管理，并与研究机构密切配合，为广大用户提供更出色的产品与服务。。。。。。 二、变压吸附制氧技术简介 变压吸附制氧技术是近几十年发展起来的一种空分制氧工艺。与传统的深冷空分制氧装置相比，变压吸附制氧装置具有投资少、能耗低、运行维护费用低、工艺条件温和（常温、低压）、工艺流程简单、自动化程度高、操作灵活性高（可随时开停）、
建设工期短和安全性好等优点，因此得到国外大型气体公司和研究机构的广泛关注，并纷纷投入巨大的人力物力研究开发。自九十年代国外开发成功高效锂基制氧分子筛后，变压吸附空分制氧技术开始迅猛发展并得到广泛应用。目前，在很多用氧场合下变压吸附空分制氧可替代深冷空分制氧，并且装置的经济性明显优于传统的深冷空分制氧装置。 2.1．变压吸附空气分离制氧原理 空气中的主要组份是氮和氧，因此可选择对氮和氧具有不同吸附选择性的吸附剂，设计适当的工艺过程，使氮和氧分离制得氧气。氮和氧都具有四极矩，但氮的四极矩 （0.31?\u65289X比氧的（0.10 ?\u65289X大得多，因此氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强，如图1 所示）。因此，当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。当分子筛吸附氮气至接近饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气可以解吸出来，分子筛得到再生并重复利用。两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。
如何提高变压吸附装置产品回收率的经验总结
如何提高变压吸附装置产品回收率的经验总结 摘要本文介绍了提高产品回收率的几种办法，通过这些办法和措施，使装置的回收率大幅提高，减少了原料气的消耗，降低了产品成本提高了变压吸附装置运行效率。 关键词回收率变压吸附吸附剂程控阀 一、前言 变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA）是吸附分离技术中的一项用于分离气体混合物新型技术，其基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。它有以下特点：⑴产品纯度高。⑵操作简便、能耗低：一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生不需外加热源，操作弹性大。⑶工艺简单、维护简便：不需预先处理，即可一步除去杂质。⑷吸附剂寿命长：吸附剂使用期限为半永久性。由此可见变压吸附分离法，有着不可比拟的优点，但是存在产品回收率低的缺憾，对于如何提高产品回收率，无论是在变压吸附的设计还是在实际的生产操作中均成为人们攻关的主要方向。 二、在提高装置产品回收率上的几点经验总结 装置回收率的提高，等于减少了原料气的消耗，降低了产品成本。我们在实际生产中根据运行经验总结了以下几种措施，用于提高装置的产品回收率。 2．1、程控阀问题 程控阀是变压吸附装置专用阀门,它的完好性是提高回收率的重要保障。阀门的内漏和外泄漏会影响再生效果,导致产品回收率降低。阀门在用材、安装和日常维护中要注意以下几点。 由于变压吸附工艺的特殊性，普通阀门难以保障装置长期稳定、可靠运行，对程控阀有以下要求：1、所用介质一般为高纯度的气体，所以密封性能要好，要达到零泄漏2、要求寿命长，做到经受长期频繁动作而保持不泄漏，能运用于易燃、易爆、有毒等特殊气体环境。3、根据工艺要求，做到易实现调节功能和阀位状态现场指示及远传等功能。4、具备有双向耐压性和抗高速气流冲刷性能，阀门的开关速度要快，随阀门的通经不同其启闭时间应控制在3秒以内。 变压吸附装置中，程控阀组是主要的运动部件，如果出现泄漏，会对产品的回收率造成重大影响。在安装维护中做到以下几点：1、阀门方向不要装错，物料流向要按照“高进低出”的原则，或按阀体上的箭头方向安装。2、气动截止阀一般只允许安装在水平管道上，即气动执行机构在阀体和管道的上方。3、要注意介质温度变化，阀门应在允许的温度和压差下使用，温度过高或过低，会使密封元件在高温时老化或在低温时硬化变脆；压差过高，则会损坏密封材料或无法关闭阀门，导致阀门泄漏或动作失灵。4、程控阀填料函、阀杆外露部分及阀门的外表面要保持清洁干净，要注意防锈及润滑，以延长阀门使用寿命。 2．2、对吸附剂进行改进改良 良好的吸附性能是吸附分离过程的基本条件，选择吸附剂时要考虑两点：第一，要解决吸
碳分子筛制备工艺总结
本实验炭分子筛的制备采用炭化法与气体活化、碳沉积法相结合，原料为椰壳，相对 于有机高分子聚合物和煤炭类原料，类属于植物基的椰壳具有原料价格低廉，来源广泛，且高含碳量、低挥发分、低灰分。利用植物壳等废料制备商业化产品如ＣＭＳ， 不仅可避免植物直接焚焼或填埋带来的环境污染，还可变废为宝，为世界提供能源。 以椰壳一次炭化料(椰壳在一定温度、惰性气氛下热解)为原料、酚醛树脂为粘结剂制 备CMS。具体制备步骤如下:首先使用行星式球磨机将椰壳一次料磨至所需粒度 (<10μm )，以酚醛树脂为粘结剂，聚乙二醇为助剂，在自动控温混涅机里混捏均匀后在双螺杆挤条机上挤条成型，然后将自然晾干的成型料断条整粒至小于4mm。最后将长度较均一的成型料加入转炉行二次炭化、活化、一步苯沉积、二步苯沉积制备CMS。CMS制备工艺流程如图1.1所示。 图1. 1 CMS制备工艺流程图 Fig.1.1 Technology process diagram for CMS prepared 一次炭化：是指原料在惰性气氛下将成型原料在适当的热解条件下炭化的方法。在热 解条件下，原料分子中各基团、桥键、自由基和芳环发生复杂的分解缩聚反应，从而 导致炭化物孔隙的形成、孔径的扩大和收缩。适用于分子结构规整的树脂和果壳类的 高挥发分物质，如杏核壳、山枣核、椰子壳、桃核壳、山碴核等。影响炭化效果的主 要因素是升温速率、炭化温度与恒温时间。本实验经炭化后制得椰壳一次炭化料。 混捏挤条：一次炭化料经球磨机磨制所需粒度后，以聚乙二醇为助剂、酚醛树脂为粘 结剂，与水按照一定比例在自动控温混捏机中混捏均匀，在双螺杆挤条机上挤条成型。混捏的目的是为了使一次炭化料有一定的粘性，有助于在挤条过程中成型，确保断条 及工业应用目的的实现。 断条整粒：挤条成型料经自然晾干后送至断条装置断条至所需粒径，可用筛分装置判 断是否符合要求。断条整粒的目的是使颗粒长短均一，以使颗粒在相同的活化、炭沉 积下得到的产品性能一致。
高纯度一氧化碳的生产
高纯度一氧化碳的生产工艺 一氧化碳是C1化学的基础原料，主要用于合成甲醇、甲醛、脂肪酸、脂肪酐、光气、异氰酸酯、碳酸二甲酯以及各种金属羰基化合物。用于化工合成的高纯度一氧化碳可以从含有一氧化碳的天然气和石油转化的合成气、水煤气、半水煤气以及钢铁厂、电石厂和黄磷厂的尾气中纯化分离；亦可以甲醇为原料，通过催化裂解、变压吸附等工艺制取，同时副产氢气。 一、一氧化碳的生产工艺 1 煤炭和天然气法 该方法以自然资源煤炭、天然气等为原料通过气化、羰基化等工艺过程来合成一氧化碳，然后根据生产中对一氧化碳的纯度要求进行分离、提纯，得到各种含量的一氧化碳。该工艺目前广泛应用于甲醇、醋酸等脂肪族化合物以及其衍生物的生产。 2 甲醇裂解制一氧化碳 （1）工艺原理甲醇在专用催化剂作用和280℃下发生催化裂解，得到一氧化碳、二氧化碳和氢气等混合气体，经过变压吸附工艺（PSA）分离后可得到高纯度一氧化碳和氢气。反应式为： CH3OH →CO+2H2 －90.7KJ/mol （2）工艺流程甲醇经预热、汽化、过热后在专用催化剂上进行裂解反应，裂解气经冷却、冷凝后其组成为H2 ～66％，CO2 -4.5％，CO ～31.8％，该裂解气进行压缩后在PSA-I吸附塔上脱碳后得到含氢气、一氧化碳的净化气体，然后在PSA-II吸附塔上分别得到含量≥98%的一氧化碳，并副产氢气。根据下游产品对一氧化碳纯度的需要，可以通过进一步的变压吸附操作，将一氧化碳的纯度提高至99.99%。工艺流程可表示如下： 二、一氧化碳的提纯工艺 无论是用甲醇裂解工艺生产一氧化碳，还是以黄磷尾气、转炉气、高炉气等为原料分离、纯化一氧化碳，其原料气都是若干种气体的混合物，都必须经过提纯后才可以得到各种纯度的一氧化碳以满足下游产品的生产需要。 一氧化碳虽然是C1化学的基础原料气，具有广泛的用途，但提纯方法不多，以往国内采用精馏法或COSORB法提纯CO。但这两种方法的预处理系统复杂，设备多，投资大，操作成本高，效果不理想。 采用变压吸附工艺分离一氧化碳是近年来国际上的新兴技术。该工艺产品设计规模灵活，可在10～10000Nm3/h范围内灵活调节；产品纯度高，正常设计值≥98.5%，通过调整最高可达99.99%；装置投资少，操作方便，能耗低。 变压吸附分离一氧化碳工艺流程图如下： 三、变压吸附技术提纯一氧化碳 1变压吸附 变压吸附(Pressure swing adsorption，PSA)工艺是近十几年来飞速发展的一种非低温法气体分离和提纯技术，与传统的气体分离工艺相比，具有投资小、能耗低、工艺简单、自动化程度高、操作方便可靠、产品质量高等优点，已在化工、石油炼制、冶金、采矿、电子、食品、科研、航天、医药、环保等方面得到了广泛的应用。 （1）原理变压吸附技术（Pressure Swing Adsorption 简称PSA）是利用气体各组分在吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的原理，通过周期性的压力变化实现气体的分离。吸附剂对不同气体的吸附特性是不同的。利用吸附剂对混合气中各种组分吸附能力的不同，通过选择合适的吸附剂就可以达到对混合气进行分离提纯的目的。同一吸附剂对同种气体的吸附量，还随吸附压力和温度的变化而变化：压力越高，吸附量越大；温度越高，吸附量越
变压吸附原理及应用
变压吸附气体分离技术 目录 第一节气体吸附分离的基础知识 (2) 一、吸附的定义 (2) 二、吸附剂 (3) 三、吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学基础 (6) 四、吸附过程中的物质传递 (10) 五、固定床吸附流出曲线 (12) 第二节变压吸附的工作原理 (14) 一、吸附剂的再生方法 (14) 二、变压吸附工作基本步骤 (16) 三、吸附剂的选择 (17) 第三节变压吸附技术的应用及实施方法 (20) 一、回收和精制氢 (20) 二、从空气中制取富氧 (24) 三、回收和制取纯二氧化碳 (25) 四、从空气中制氮 (26) 五、回收和提纯一氧化碳 (28) 六、从变换气中脱出二氧化碳 (31) 附Ⅰ变压吸附工艺步骤中常用字符代号说明 (32) 附Ⅱ回收率的计算方法 (32)
第一节气体吸附分离的基础知识 一、吸附的定义 当气体分子运动到固体表面上时，由于固体表面的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，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上的吸附。相反，固体表面上被吸附的分子返回气体相的过程称为解吸或脱附。 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。吸附相的密度比一般气体的密度大得多，有可能接近液体密度。当气体是混合物时，由于固体表面对不同气体分子的压力差异，使吸附相的组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差别构成了气体吸附分离技术的基础。 吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。伴随吸附过程所释放的的热量叫吸附热，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。气体混合物的吸附热是吸附质的冷凝热和润湿热之和。不同的吸附剂对各种气体分子的吸附热均不相同。 按吸附质与吸附剂之间引力场的性质，吸附可分为化学吸附和物理吸附。 化学吸附：即吸附过程伴随有化学反应的吸附。在化学吸附中，吸附质分子和吸附剂表面将发生反应生成表面络合物，其吸附热接近化学反应热。化学吸附需要一定的活化能才能进行。通常条件下，化学吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯气，沸石吸附乙烯都是化学吸附。 物理吸附：也称范德华（van der Waais) 吸附，它是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力所引起的，此力也叫作范德华力。由于固体表面的分子与其内部分子不同，存在剩余的表面自由力场，当气体分子碰到固体表面时，其中一部分就被吸附，并释放出吸附热。在被吸附的分子中，只有当其热运动的动能足以克服吸附剂引力场的位能时才能重新回到气相，所以在与气体接触的固体表面上总是保留着许多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附，其吸附热较低，接近吸附质的汽化热或冷凝热，吸附和解吸速度也都较快。被吸附气体也较容易地从固体表面解吸出来，所以物理吸附是可逆的。分离气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反应发生。本文以下叙述的除了注明之外均为气体的物理吸附。
碳分子筛
碳分子筛 碳分子筛概述 : 碳分子筛的主要成分为元素碳，外观为黑色柱状固体。因含有大量直径为4埃德微孔，该微孔对氧分子的瞬间亲和力较强，可用来分离空气中的氧气和氮气，工业上利用变压吸附装置（PSA ）制取氮气。鑫陶碳分子筛制氮量大、氮气回收率高，使用寿命长，适用于各种型号的变压吸附制氮机，是变压吸附制氮机的首选产品。 碳分子筛空分制氮已广泛地应用于石油化工、金属热处理、电子制造、食品保鲜等行业。 碳分子筛物化指标: 颗粒直径： 1.6mm 堆积密度： 640-660g/l 抗压强度： 100N/颗 Min. 粉尘含量： 100PPM Max. 碳分子筛性能指标 : 型 号 (Type) 吸附压力 (MPa) 氮浓度 (N2%) 产氮量 (NM3/h.t) N2/Air (%) CMS-160 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 40 100 160 200 290 15 23 34 38 43 CMS-185 0.8 99.99 99.9 60 120 20 26
99.5 99.0 98.0 185 230 310 36 41 46 CMS-200 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 70 140 200 260 330 21 27 36 41 48 CMS-220 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 90 160 220 290 360 25 34 43 48 54 CMS-240 0.8 99.99 99.9 99.5 99.0 98.0 100 175 240 300 370 26 35 44 49 55 CMS-260 0.8 99.99 99.9 99.5 110 190 260 27 36 45
CO-H2分离变压吸附工艺方案
PSA净化项目 初步方案 附件1 装置设计要求 1.1 技术条件及规格 1.1.1 原料气条件 CO 理论含量为30.5%（此时H 含量为68.31%，其它组份的百分比同上表）。 2 流量：79200Nm3/h（CO含量为30.5%即理论含量时，装置所需的原料气量）压力：3.2 MPag 温度：40℃ 1.1.2 CO产品气 压力：0.005~0.02 MPag 温度：40℃ 产品气 1.1.3 H 2 压力：3.0MPag 温度：40℃ 1.2 装置工艺流程与物料平衡
图1 变压吸附提纯CO/H 2 流程框图 物流说明：1－原料气，2－CO产品气，3－氢气产品气， 4－PSA-CO吸附尾气，5－解吸废气，6－CO置换气 附件3 装置工艺流程描述 3.1工艺流程简述 本设计方案拟采用变压吸附（PSA）气体分离技术从原料气中分离提纯CO 和H 2 。整个工艺过程分为三个工序，即原料气预处理工序、变压吸附提纯CO工 序（PSA-CO）、变压吸附提纯氢气工序（PSA-H 2 ）。 经过低温甲醇洗脱硫脱碳后的原料气，首先通过预处理将其中的重组分杂质 脱除，然后送入PSA-CO工序分离提纯得到CO产品气，PSA-CO吸附尾气送入PSA-H 2 工序，在PSA-H 2工序得到H 2 产品气。 流程框图见图1。 3.1.1预处理工序 经过低温甲醇洗脱硫脱碳后的原料气首先进入预处理工序。 预处理工序的目的是将经过低温甲醇洗后的原料气中的甲醇等重组分杂质脱除，保护PSA-CO工序吸附剂。 3.1.2变压吸附提纯CO工序（PSA-CO） PSA-CO工序的作用是使CO进一步与其它组份如H 2、N 2 等杂质组份分离，得 到CO产品。来自预处理工序的原料气，进入PSA-CO吸附塔，吸附尾气从塔顶流入PSA-H 2 工序。经过一定循环步骤后，吸附塔内合格的CO通过逆向放压和抽真空方式排出吸附塔，进入CO产品气缓冲罐。 为了保证CO产品的连续性，PSA-CO装置由18个吸附塔组成，任何时刻均有
实验十五分子筛变压吸附提纯氮气
实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。 A 实验目的 （1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程； （2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素； （3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理； （4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。 B 实验原理 物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。 碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为，N2为），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的 结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使两者分离。然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为×106，O2的速度比N2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分 流 出 液 浓 度 C C0 C E
实验十五 碳分子筛变压吸附提纯氮气
实验十五碳分子筛变压吸附提纯氮气 利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。 A 实验目的 （1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程； （2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素； （3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理； （4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。 B 实验原理 物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。 碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为0.28nm，N2为0.3nm），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使 两者分离。然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为2.0×106，O2的速度比N2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N2得以提纯。由于该吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制（即吸附－解吸循环速率的控制）非常重要。当吸附剂用量、吸附压力、气体流速一定时，适宜吸附时间可通过测定吸附柱的穿透 流 出 液 浓 度 C 恒温固定床吸附器的穿透曲线 C B C0 C E t
长兴金龙碳分子筛有限公司年产450t碳分子筛生产线建设项目环(精)
长兴金龙碳分子筛有限公司年产450t碳分子筛生产线建设项目环境影响报告书 湖州市环境科学研究所 ENVIRONMENTAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE OF HUZHOU 二零零七年四月
第一章总论 1.1项目由来 1.1.1项目背景及其实施的必要性 碳分子筛(CMS)作为一种新型吸附剂自60年代末实现工业化生产以来得到了迅速发展。CMS是一种特殊的活性炭，主要由1nm以下的微孔和少量大孔组成。由于其特殊的微孔结构，故可按照分子的大小和形状进行吸附，从而具有筛分分子的能力。CMS与传统的吸附剂相比，主要区别在于其孔隙结构：CMS主要由微孔及少量大孔组成，孔径分布较窄，约在0.5～1.0nm，而普通活性炭除微孔外，还有大量的中孔和大孔，平均孔径达2nm。自1948年EmmettL发现Saran 树脂(氮乙烯和偏二氯乙烯的聚合物)的炭化物具有分于筛效应以来，各国开展了大量工作，近年来在西欧、日本及中国亦相继进行了这方面的研究。目前，国际上生产商品CMS的公司主要有德国BF公司、日本Takeda公司以及美国Calogn 炭化公司。CMS主要用于吸附分离领域，它已成熟地应用于变压吸附分离空气中的N2和O2。以CMS为吸附剂的变压吸附空气分离技术作为一种中小规模经济地制取富氮的可靠方法，已在国内外得到广泛应用。 国内生产分子筛（CMS）是从上个世纪80年代开始的，经过多年发展，在分子筛生产上已积累了丰富经验，产品已和德国、日本等国家产品质量达到同等水平。目前国内分子筛产量最大的地方就是浙江省湖州市长兴县。目前长兴有分子筛生产企业4家，分别为长兴县海华化工有限公司、长兴中泰分子筛有限公司、长兴县科博化工有限公司、长兴县三立新材料有限公司。 面对这一市场背景，由自然人黄金龙投资600万元组建了长兴金龙碳分子筛
变压吸附制氧机
变压吸附制氧机 1.1 制氧机的发展简史 制氧机是以空气做原料，生产氧气（或液氧）、氮气（或液氮）和氩、氖-氦、氪-氙等混合气体的一种成套设备。在一般情况下，由于空气分离设备多用来生产氧气，故人们习惯地称“制氧机”。 世界上最早生产制氧机的国家是德国和法国。 1901年，德国的林德公司在慕尼黑市建立低温设备制造车间，并在1903年生产出第一台10m3/h制氧机。 1902年，法国在巴黎建立空气液化公司，继德国之后，于1910年开始生产制氧机。 在三十年代以前，基本上只有德国和法国能生产制氧机。当时制氧机主要只能满足焊接、切割用氧及化工所需的制氮设备。生产的制氧机为主要为中、小型，其容量为2m3/h~600m3/h，品种约200种。采用的制氧机流程为高压和中压流程。 1930~1950年，除德国、法国，尚有苏联、日本、美国、英国等国家也开始生产制氧机。在此期间，随着生产的发展，制氧机使用领域不断扩大，促进了大型制氧机的发展。由于大型制氧机每生产1m3氧气所需电力、金属材料都比中、小型底，故1930~1950年间，大型制氧机的品种增加较多，如西德的5000m3/h，苏联的3600m3/h，日本的3000m3/h等大型设备。当时所用的流程，除高、中压外，开始采用高低压流程。由于大型制氧机可制取廉价的氧气，从而在冶金和合成氨工业中得到应用。1932年，德国第一次把制氧机用于冶金和合成氨工业。 1950年以后，除上述国家生产制氧机以外，还有中国、捷克、东德、匈牙利、意大利等（中国发展较晚，且都为深冷法）。 由于钢铁工业、氮肥工业、火箭技术的发展，氧、氮耗量迅猛增加，促使制氧机向大型化发展。1957年起，10000m3/h制氧机相继问世。1967年起，据不完全统计，20000m3/h以上的大型制氧机不断出现，达87套之多，最大机组为50000m3/h，更大型的机组正在研制中。 20多年来，产品品种迅速增加，并逐步形成了系列，如西德林德公司大型制氧机有1000~40000m3/h典型产品；日本神钢有OF系列；日本日立制作所有TO型；日本氧气公司有NR型；英国全低压有50~1500吨/天系列产品等。同时，大型制氧机基本上采用全低压流程。 总之，制氧机的发展是一个不段完善的过程，设备由小型、中型向大型发展；流程由高压（200大气压）、中压（50大气压）、高低压向全低压（6大气压）方向发展，从而使制氧机的单位电耗、金属材料消耗降低，运转周期不断延长。
变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行_杨军红
收稿日期：2012－07－23；收到修改稿日期：2012－11－30。作者简介：杨军红，男，1970年1月出生，高级工程师，工程硕士，2006年毕业于华东理工大学化学工程专业，现任兖矿鲁南化工有限公司副总工程师。联系电话：0632－2362016；E －mail ： yjh66666＠126．com 。 兖矿鲁南化工有限公司变压吸附系统主要是为年产10万吨醋酐装置提供高浓度CO 产品气的配套系统，设计处理气量15000m 3／h 。该系统采用成都天立化工科技有限公司自主研发的发明专利技术———无动力吹扫解吸变压吸附脱碳工艺，改变操作条件可控制产品气CO 的纯度。整套系统正常生产后，通过不断优化改造，使变压吸附技术的优点得到了充分的发挥。 该醋酐装置变压吸附系统是将甲醇净化工段来的原料气温度40℃，表压力2．2MPa ，气体体积组成：CO 54．27％、CO 22．83％、H 242．09％、H 2S＋COS 0．1×10－6、N 20．65％、CH 4＋Ar 0．16％，经过粗脱碳工 序和精脱碳工序物理脱除CO 2，一氧化碳提纯工序分离制得合格CO （纯度不低于98．5％），最后经过压缩机加压到4．7MPa ，送往醋酐分厂，并将富产纯度不低于92％的H 2送往甲醇合成工段。 1变压吸附系统简介1．1变压吸附系统 变压吸附系统由粗脱段、精脱段、提纯段组成。 粗脱段采用吸附塔19台，3塔同时吸附，12次连续均压带吹扫，即19－3－12工艺流程；程控阀共297台，装填2种吸附剂：下层是少量的活性氧化铝，脱除少量的水；上层装硅胶脱除CO 2，控制 CO 2含量不高于0．2％。 精脱段采用吸附塔15台，4塔同时吸附，6次连续均压带4次吹扫，即15－4－6工艺流程；程控阀共219台，装填吸附剂为硅胶，进一步控制CO 2 含量不高于0．0150％。 提纯段采用吸附塔18台，3塔同时吸附，12次连续均压带顺放吹扫，即18－3－12工艺流程；程控阀共246台，装填吸附剂为分子筛，用于提纯 CO （纯度不低于98．5％）。 1．2辅助液压油系统 液压油泵系统作用是为变压吸附系统中液压程控阀的启闭提供动力（工作压力4．8～5．3MPa ）。由4个主油箱、1个副油箱、8台功率为25kW 的齿轮油泵以及61台为稳定油压、减小油路系统压力波动的蓄能器组成。 2变压吸附系统运行情况 2010年6月，水煤气变压吸附一氧化碳提纯 系统建成投产，一次开车成功。该系统运行初期除遇到因设备原因如电磁阀、程控阀故障等，使得吸附塔串压，影响系统稳定运行及产品气质量。除此之外还遇到了一些工艺技术设计问题，经过不断技术改造和优化，使系统达到了设计要求。目前整套系统运行状况良好。 3变压吸附系统的工艺优化3．1放空气回收利用 变压吸附系统原设计粗脱段、净化段吹扫气 变压吸附提纯一氧化碳工艺系统的优化运行 杨军红，肖红玲，李小倍 （兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527） 摘要：介绍醋酐装置水煤气变压吸附提纯一氧化碳工艺系统，分析系统运行中出现的问题，提出具体的优化改造措施，改造后使整个系统实现了安全、稳定、长周期效益运行。 关键词：变压吸附 一氧化碳 优化改造 2013年4月第36卷第2 期 Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry Apr.2013Vol.36No.2
变压吸附制氧技术
变压吸附制氧技术 对变压吸附制医用氧过程中的吸附剂选择、流程开发、多层过滤系统等技术问题进行了研究，它将有助于变压吸附制氧技术在我国各级医院中的使用。 变压吸附(简称PSA)制氧是国际上最近三十年新兴起来的制氧技术，它的特点是就地产氧，只要将制氧设备接通电源，就可由空气中生产出氧气，且设备的体积小、操作简单，可省去大量的人力、物力，尤其适合实施管道化中心供氧的医院以及工业不发达地区的医院。 1原理和方法 变压吸附制医用氧是采用物理吸附的方法，使用的吸附剂是沸石分子筛(zeolite molecular sieve)。空气中的主要成分是氮气、氧气及其它稀有气体，它们的分子极性各不相同，其中氮气的极性较氧气的极性要大。沸石分子筛是一种极性吸附剂，在等温条件下，当吸附压力增加时，它对氮气的平衡吸附量要比氧气增加很多；当吸附压力减少时，它对氮气的平衡吸附量比氧气减少很多。利用沸石分子筛的这一特性，可采用加压吸附，减压解吸循环操作的方法制取氧气。 2吸附剂的选择 在PSA吸附床中，至少有两层吸附剂，靠近进料端的吸附剂称为“预处理”吸附剂，它的主要作用是除去进料空气中的水和二氧化碳。氧化铝通常被用作预处理吸附剂，但是，使用中人们发现在氧化铝与其它吸附剂的接触面上会产生一个低温区，称为“冷点”，会影响吸附剂的再生。随着人们对“冷点”的进一步认识，氧化铝已被NaX型的沸石分子筛代替，因为它比氧化铝具有更高的氧、氮吸附容量和吸附热，可以帮助减少“冷点”的损害。目前，具有更高吸附容量的NaX吸附剂已经被开发出来，可以进一步减低“冷点”效应。靠近吸附床产品端的第二层吸附剂称为“主吸附剂”，它的主要作用是氧气、氮气的分离，一般选用具有优先吸附氮气的沸石分子筛。在有些场合，NaX既被用来作主吸附剂，也被用作预处理吸附剂，但CaA型的沸石分子筛是变压吸附法制氧最常用的吸附剂。为了提高分子筛的吸附性能，又开发其它类型的分子筛如CaX型的沸石分子筛，目前吸附选择性能最好的吸附剂是LiX型和MgA型沸石分子筛。 3制氧流程 变压吸附常压解吸制氧流程通常有四床、三床、两床三种形式。 四床吸附流程的特点是空气中氧气的收率比较高，可达40%，缺点是吸附床较多，工艺流程复杂，技术要求高，可靠性较差。 三床吸附流程的特点是氧气收率一般，可达35%，工艺也比较复杂。 二床吸附流程的缺点是空气中氧气收率比较低，只有30%，但这种流程比较简单，工艺也不复杂，操作容易，可靠性高，是目前制医用氧设备采用最多的流程。 4多层气体过滤系统
分子筛变压吸附研究报告
院级本科生科技创新项目 研究报告 项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究 立项时间2014年10月 计划完成时间2015年12月 项目负责人储万熠 学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班 北京科技大学教务
摘要 变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。 ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。
Research of Prolong the Life of Pressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve Abstract The keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDand TEMcharacterization ofphysicalandchemicalproperties ofmolecular sieveinquiryto determine theimpact onmolecular sievesconditions. The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption air separation adsorbent bed based on the porous medium model, resulting in the flow state within the bed of gas and component concentration distribution for providing valid and reliable experimental data of improving molecular sieve’s life.
变压吸附基本原理(整理)
变压吸附技术 一、概况： 变压吸附（简称PSA）是一种新型的气体吸附分离技术，它有如下优点：（1）产品纯度高。（2）一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能经济。（3）设备简单，操作、维护简单。（4）连续循环操作，可完全达到自动化。因此，当这种新技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速，并日益成熟。 1960年Skarstrom提出PSA专利，他以5A沸石分子筛作为吸附剂，用一个两床PSA装置，从空气中分离出富氧，该过程经过改进，于60年代投入了工业生产。70年代，变压吸附技术的工业应用取得突破性的进展，主要应用在氧氮分离、空气干燥与净化以及氢气净化等。其中，氧氮分离的技术进展是把新型的吸附碳分子筛与变压吸附结合起来，将空气中的O2和N2加以分离，从而获得氮气。随着分子筛性能改进和质量提高，以及变压吸附工艺的不断改进，使产品纯度和回收率不断提高，这又促使变压吸附在经济上立足和工业化的实现。 二、基本原理： 利用吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力的变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。变压吸附脱碳技术就是根据变压吸附的原理，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的CO2等杂质组分，而氢气、氮气、甲烷等不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离，而通过降低吸附床的压力是被吸附的CO2等组分脱附解吸，使吸附剂得到再生。 吸附器内的吸附剂对不同的组分的吸附是定量的，当吸附剂对有效组分的吸附达到一定量后，有效组分西欧哪个吸附剂上能有效的解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有实用的意义。故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生阶段。对每个吸附器而言，吸附过程是间歇的，必须采用多个吸附器循环操作，才能连续制取产品气。 多床变压吸附的意义在于：保证在任何时刻都有相同数量的吸附床处于吸附
PSA工艺管道吹扫、冲洗、试压方案解析
陕西龙门煤化工焦化技改项目PSA-H、PSA-CO和膜分离工程 工艺管道吹扫、试压方案 编制： 审核： 审批： 中国化学工程第六建设有限公司 二○一三年五月
目录一工程概况 二方案编制依据 三管道吹扫、冲洗的分类 四吹扫、冲洗前的准备工作 五管道吹扫、冲洗的原则和要求 六吹扫合格标准 七管道吹扫方法 八试压、试漏前应具备的条件 九试压、试漏前应准备的工具 十试压、试漏的方法 十一质量保证措施 十二HSE技术措施 十三劳动力计划 十四施工所需工机具及技措用料
一工程概况 龙门煤化工焦炉气PSA—H装置为龙门煤化工公司焦炉气制LNG联产甲醇工程提供原料气—氢气。它是制LNG联产甲醇工程的重要工序，现项目建设开工条件已具备。LNG联产甲醇装置配套工程PSA—H2变压吸附提氢装置是以深冷工序冷箱高压塔的富氢气为原料，采用PSA—H2变压吸附提氢技术将富氢气中的氢提纯。 LNG联产甲醇装置配套工程PSA—CO变压吸附提纯一氧化碳装置是以深冷工序冷箱低压塔驰放气和PSA—H2装置解析气的混合气为原料，采用变压吸附提纯CO技术将混合气中的氢气、氮气尽可能分离。该部分工艺及公用工程管道均采用20#流体用无缝钢管，延长米共计3800米管道最高设计压力 2.71Mpa，最高设计温度40℃。管道的规格：最大公称直径DN1000。管道工作介质主要有：工艺气体、循环水、氮气、空气等。管道连接方法：焊接、法兰连接 为保证工艺管道吹扫、试压工作有序、保质保量、安全高效地完成，特编制本方案。 二方案编制依据 2.1工程合同； 2.2工艺管道安装方案； 2.3 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-2010 2 4 《现场设备、工业管道焊接施工及验收规范》GB50236-2011
分子筛催化剂及其作用机理
分子筛催化剂及其作用机理 1.分子筛的概念 分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故又称沸石。自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。它们的化学组成可表示为 Mx/n[(AlO2)x?(SiO2)y] ?ZH2O 式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是AlO2的分子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，因为AlO2带负电荷，金属阳离子的存在可使分子筛保持电中性。当金属离子的化合价n = 1时，M的原子数等于Al的原子数；若n = 2，M的原子数为Al原子数的一半。 常用的分子筛主要有：方钠型沸石，如A型分子筛；八面型沸石，如X-型，Y-型分子筛； 丝光型沸石（-M型）；高硅型沸石，如ZSM-5等。分子筛在各种不同的酸性催化剂中能够提供很高的活性和不寻常的选择性，且绝大多数反应是由分子筛的酸性引起的，也属于固体酸类。近20年来在工业上得到了广泛应用，尤其在炼油工业和石油化工中作为工业催化剂占有重要地位。 2.分子筛的结构特征 （1）四个方面、三种层次： 分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。 相邻的四面体由氧桥连结成环。环是分子筛结构的第二个层次，按成环的氧原子数划分，有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。环是分子筛的通道孔口，对通过分子起着筛分作用。氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体。各种各样的多面体是分子筛结构的第三个层次。多面体有中空的笼，笼是分子筛结构的重要特征。笼分为α笼，八面沸石笼，β笼和γ笼等。 （2）分子筛的笼： α笼：是A型分子筛骨架结构的主要孔穴，它是由12个四元环，8个六元环及6个八元环组成的二十六面体。笼的平均孔径为1.14nm，空腔体积为760[?]3。α笼的最大窗孔为八元环，孔径0.41nm。 八面沸石笼：是构成X-型和Y-型分子筛骨架的主要孔穴，由18个四元环、4个六元环和4个十二元环组成的二十六面体，笼的平均孔径为1.25nm，空腔体积为850[?]3。最大孔窗为十二元环，孔径0.74nm。八面沸石笼也称超笼。 β笼：主要用于构成A型、X-型和Y型分子筛的骨架结构，是最重要的一种孔穴，它的形状宛如有关削顶的正八面体，空腔体积为160[?]3，窗口孔径为约0.66nm，只允许NH3、H2O等尺寸较小的分子进入。 此外还有六方柱笼和γ笼，这两种笼体积较小，一般分子进不到笼里去。 不同结构的笼再通过氧桥互相联结形成各种不同结构的分子筛，主要有A-型、X型和Y 型。 （3）几种具有代表性的分子筛 A型分子筛 类似于NaCl的立方晶系结构。若将NaCl晶格中的Na+和Cl-全部换成β笼，并将相邻的β笼用γ笼联结起来就得到A-型分子筛的晶体结构。8个β笼联结后形成一个方钠石结构，如用γ笼做桥联结，就得到A-型分子筛结构。中心有一个大的α的笼。α笼之间通道有一个八元环窗口，其直径为4?，故称4A分子筛。若4A分子筛上70%的Na+
变压吸附_PSA_空气分离工艺技术进展
变压吸附(PSA )空气分离工艺技术进展 韩跃斌,王一平,边守军,郭翠梨,张金利 (天津大学化工学院 300072) 摘要:论述了PSA 法空分的工艺技术,为提供产品气纯度和回收率而对工艺流程作出的改进,并提出了PSA 法空分工艺流程下一步的研究方向。 关键词:PSA ;空分;工艺流程 中图分类号:TQ02811 文献标识码:A 文章编号:100129219(1999)06236207 收稿日期:1999201213 0 前言 O 2和N 2是化学工业中重要的原料,在冶 金、电子、环保以及医疗等领域都有广泛的用途。O 2和N 2都由空气分离得到,以前主要采用低温精馏法(即深冷法)制取,变压吸附(PSA )分离法出现后,开始应用于空分领域,并且技术日益成熟,首先在中小规模空气分离领域,尤其是供应富氧或富氮时,PSA 法空分工艺建立了自己的优势。与深冷法相比,PSA 法的优点在于,常温操作,启动时间短,投资少,自动化程度高,占地面积少,产品纯度调节方便,工艺设备简单等。目前,新发展的膜分离法为世人所瞩目,有设备紧凑、简单、处理量大和投资费用较低等优点,但也存在薄膜易于损坏、对原料气净化要求高、操作压力大、维修费用高、可靠性差等弱点,制膜技术有待不断改进,与之相比,PSA 法空分已经比较成熟。 一段时间以来,在保持PSA 法经济性的前提下,人们把提高产品气的纯度和回收率作为目标,深入研究了PSA 法空分流程的各个步骤和影响纯度及回收率的因素,改进了操作时序和管路流向,开发了一些新工艺,使PSA 法生产的O 2纯度可达到9915%,N 2的纯度更高达9919%甚至99199%以上,回收率也可达到60%。本文主要概括了人们为了提高产品纯度 和回收率而对传统PSA 工艺所作的改进,以及 另外一些有创新的工艺,并总结了影响产品气纯度和回收率的一些因素。 1 真空变压吸附(VSA ) PSA 法空分操作压力是根据装置规模、产 品纯度和用途,分别使用由大气压至014×105Pa 的吸附压力,和由真空至大气压的解吸压力。一般来讲,若提高吸附压力,则吸附剂的吸附容量会增加,因此可以减少吸附剂用量,但是由于解吸排出的废气量增加,致使收率降低。可采用真空再生法将吸附压力降低至接近大气压,抽真空解吸,这种方法简称为VSA ,已经成为变压吸附的主流,早在1993年前后,日本已经有大约200台大、中型VSA 流程装置(解吸压力变动范围为(01013～0105)×105Pa 表压)在运行[1]。VSA 提高产品气纯度和收率的效果很明显。日本专利报道[2],同样以CMS 作吸附剂制氮,常压再生法N 2纯度为9910%,而真空再生时N 2纯度可达到9919%。这是因为,真空再生使得吸附相解吸更彻底。如图1[3]所示是PSA 制氮分别用真空解吸和大气压解吸时氮收率的比较。与高压吸附的PSA 流程相比,VSA 另一个优点是能耗降低。高压吸附流程能耗主要在原料气的压缩能耗,而采用真空解吸时,抽真空的负载仅是吸附相组分,只是原料气的一部分,而且抽真空过程中床的真