变压吸附装置设计计算

㈠ 变压吸附制氮机设计手册

1．PSA来源

二十世纪五十年代，伴随着工业革命的大潮，碳材料的应用越来越广泛，其中活性碳的应用领域扩展最快，从最初的过滤杂质逐渐发展到分离不同组份。与此同时，随着技术的进步，人类对物质的加工能力也越来越强，在这种情况下，碳分子筛应运而生。六十年代，碳分子筛在美国最先制造成功并很快推广应用，最初，碳分子筛是被用作从空气中分离氧气的吸附剂，后来逐渐应用在制取氮气的装置上。到了七十年代未、八十年代初，世界各国对氮气的需求量不断增加，而变压吸附制氮技术也逐渐成熟起来，进一步推动了碳分子筛制造技术的发展。

2．PSA制氮技术描述

2.1.技术原理

变压吸附法(PressureSwingAdsorption，简称

PSA)是一种新的气体分离技术，自60年代末70

年代初在国外已经得到迅速的发展，其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开，它是以空气为原料，利用一种高效能、高选择的固体吸附剂对氮和氧的选择性吸附的性能把空气中的氮和氧分离出来。

目前在制氮领域内使用较多的是碳分子筛。碳分子筛对氧和氮的分离作用主要是基于这两种气体在碳分子筛表面的扩散速率不同，碳分子筛是一种兼具活性炭和分子筛某些特性的碳基吸附剂。碳分子筛具有很小微孔组成，孔径分布在0.3nm～1nm之间。较小直径的气体（氧气）扩散较快，较多进入分子筛固相，这样气相中就可以得到氮的富集成分。一段时间后，分子筛对氧的吸附达到平衡，根据碳分子筛在不同压力下对吸附气体的吸附量不同的特性，降低压力使碳分子筛解除对氧的吸附，这一过程称为再生。变压吸附法通常使用两塔并联，交替进行加压吸附和解压再生，从而获得连续的氮气流。

2.2.工艺流程

PSA制氮系统主要由三部份组成：①压缩空气；②空气净化；③PSA制氮；

压缩空气：空气由压缩机压缩到额定标准，为制氮系统提供持续稳定气流及压力。

空气净化：压缩空气经过组合式干燥机及过滤器除去水、油份和尘埃，为后级变压吸附提供洁净的空气源。

PSA制氮：装有专用碳分子筛的吸附塔共有A、B二只。当洁净的压缩空气进入A塔入口端经碳分子筛向出口端流动时，O2、CO2和H2O被其吸附，产品氮气由吸附塔出口端流出。经一段时间后，A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时，A塔自动停止吸附，压缩空气流入B塔进行吸氧产氮，并对A塔分子筛进行再生。

3．PSA制氮特点

原料空气取自自然，只需提供压缩空气和电源即可制氮气；

设备能耗低，运行成本费用少；

氮气纯度调整方便，氮气纯度只受氮气排气量的影响，普通制氮纯度在95%－99.999%之任意调节；

设备自动化程度高，产气快，可实现无人操作；启动、关机只需按一下按钮，开机10－20分钟内可产氮气；

设备工艺流程简单，设备结构外形小，占地面积少，装置适应性强；

PSA设备可24小时运转，无须专人看管；

输出高纯度的氮气比市场的液态氮及钢瓶氮的纯度更纯净、更稳定。

㈡ 变压吸附的原理

任何一种吸附对于同一被吸附气体（吸附质）来说，在吸附平衡情况下，温度越低，压力越高，吸附量越大。反之，温度越高，压力越低，则吸附量越小。因此，气体的吸附分离方法，通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。 如果温度不变，在加压的情况下吸附，用减压（抽真空）或常压解吸的方法，称为变压吸附。可见，变压吸附是通过改变压力来吸附和解吸的。
变压吸附操作由于吸附剂的热导率较小，吸附热和解吸热所引起的吸附剂床层温度变化不大，故可将其看成等温过程，它的工况近似地沿着常温吸附等温线进行，在较高压力（P2）下吸附，在较低压力（P1）下解吸。变压吸附既然沿着吸附等温线进行，从静态吸附平衡来看，吸附等温线的斜率对它的是影响很大的，在温度不变的情况下，压力和吸附量之间的关系，如图示所示，图中PH表示吸附压力，PL表示解吸（减压后）压力，这时PH与PL所应的吸附量的差，实质上是有效吸附量，以Ve表示之。显然，直线型吸附等温线的有效吸附量比曲线型（Langmuir型）的要来得大。
吸附常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，它通常是由加压吸附、减压再组成的吸附一解吸系统。在等温的情况下，利用加压吸附和减压解吸组合成吸附操作循环过程。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压（降至常压或抽真空）过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生。因此，变压吸附既称等温吸附，又称无热再生吸附。 变压吸附,吸附,PSA
来自空气压缩机的压缩空气，首先进入冷干机脱除水分，然后进入由两台吸附塔组成的PSA制氮装置，利用塔中装填的专用碳分子筛吸附剂选择性地吸附掉O2、CO2等杂质气体组分，而作为产品气N2将以99%的纯度由塔顶排出。 在降压时，吸附剂吸附的氧气解吸出来，通过塔底逆放排出，经吹洗后，吸附剂得以再生。完成再生后的吸附剂经均压升压和产品升压后又可转入吸附。两塔交替使用，达到连续分离空气制氮的目的。
用碳分子筛制氮主要是基于氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同，在0.7-1.0Mpa压力下,即氧在碳分子筛表面的扩散速度大于氮的扩散速度，使碳分子筛优先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中。碳分子筛本身具有加压时对氧的吸附容量增加，减压时对氧的吸附量减少的特性。利用这种特性采用变压吸附法进行氧、氮分离。从而得到99．99%的氮气。

㈢ 变压吸附装置均压时间长短对装置的影响

变压吸附装置均压抄时间对装置没袭有直接影响，整个变压吸附装置在运行过程中是一个循环过程，以一个吸附塔为例：吸附-压力均降-逆放-抽真空-压力均升-吸附，逆放和抽真空统称为吸附塔的再生过程。你所说的均压时间应该是指两个吸附塔的压力均升和均降，而对装置影响较大的是吸附时间，吸附时间越长，则吸附塔的再生需要更长的时间。如果再生时间不够，吸附剂中所吸附的分子没有完全解析出来，长时间会缩短吸附剂的使用寿命。
变压吸附装置罐容一定，压力一定，管道或孔板直径一定，开关阀门开关时间一定，则在均压时间上一定，如果要调整均压时间只能是调整吸附塔均压后的等待时间，这样对吸附塔的吸附时间和再生时间要进行调整，这才是影响变压吸附装置运行的关键。

㈣ 变压吸附实验装置的工作原理，求详细点

第一：吸附抄剂相同，气袭体分压相同，各组分在吸附剂上吸附量不同；
第二：吸附剂相同，气体分压不同，同组分在吸附剂上吸附量不同；
第三：利用阀门程序控制，让混合气体组分通过吸附柱，由此得到气体组分的分离与纯化。
第四：模拟真实变压吸附过程，提供工业设计的基本数据。
第五：这是硕士论文、博士论文、设计院设计所需要的实验装置。

㈤ 全球最大清洁化煤制氢项目正式投入运行，该技术攻克了哪些难题呢

在我国陕西榆林正式投入运行的是全球最大煤制氢变压吸附装置项目，这一个项目的顺利进行，可以很好地帮助我国实现煤炭清洁高效转化。这一个项目是使用我国自主研发的大型化变压吸附专利技术，这一项由我国拥有的专利技术是大型煤制氢装置在工艺技术、设计制造的难题，将煤炭向石油化工产品进行高效转化，还有利于实现高效利用煤炭资源，兼具环境保护。

煤炭现在还是一项重要能源，我们要使用煤炭，也有符合现在绿色环保的要求，所以，使用这个煤制氢变压吸附装置项目可以达到煤炭资源高效清洁利用，保障我国的能源安全，有利于我国环境保护事业的发展，也有助于我国经济的进步。从长远上来看，在能源安全和实现可持续发展这方面来看，使用煤制氢变压吸附装置也有很重大的意义。

㈥ 变压吸附法是指什么

吸附是指当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低的物质分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。吸附按其性质的不同，可以分为四大类，即化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附，变压吸附气体分离装置中的吸附主要为物理吸附。

物理吸附的特点是，吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行得非常快，在瞬间即可完成参与吸附的各相物质间的动态平衡，并且这种吸附是完全可逆的。

变压吸附技术是以特定的吸附剂(多孔固体物质)内部表面对气体分子的物理吸附为基础，利用吸附剂的特性，即在相同压力下易吸附高沸点组分、不易吸附低沸点组分，高压下吸附量增加、低压下吸附量减少，将原料气在一定压力下通过吸附床，相对于氢的高沸点杂质组分被选择性吸附，低沸点的氢气不易被吸附而穿过吸附床，达到氢和杂质组分的分离。

变压吸附技术是近30多年发展起来的一项新型气体分离与净化技术，由于其投资少，运行费用低，产品纯度高，操作简单、灵活，环境污染小等优点，这项技术被广泛应用于石油、化工、冶金及轻工等行业。

变压吸附气体分离工艺之所以实现，是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质，一是对不同组分的吸附能力不同；二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对某些组分的优先吸附而使其他组分得以提纯。利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在高压低温下吸附，而在高温低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。

工业上变压吸附制氢装置中所选用的吸附剂是固体颗粒，如活性氧化铝、活性炭、硅胶和分子筛，它们对水、一氧化碳、氮气和二氧化碳等具有较强的吸附能力。在生产实践中，根据不同的气体成分，按吸附性能依次分层装填，组成复合吸附床，以达到分离所需产品组分的目的。变压吸附方法有很多优点，例如工艺流程简单、自动化程度高、操作维修费用低、产品纯度可调性强以及一次分离同时除去多种杂质组分等。

㈦ 高径比怎么计算

弹簧高径比=自由高度/中径。

高径比是吸附塔重要的结构参数，尤其是对变压吸附装置更是如此，通常人们以此值设计出相应规格的吸附塔。吸附塔高径比是指吸附塔高度与内径的比值，根据空塔气速和吸附剂量计算得出。

目前，我国每年因采煤向空气中排放大量的煤层气，同时由于我国煤层气有着“三高一低”的特点，很难像美国、澳大利亚那样大规模的采用地面开发的方式，而主要采用井下抽放的方式进行，致使我国煤矿抽放的煤层气浓度普遍较低。

2008年煤层气抽采量约58亿立方米，而井下抽放量近53亿立方米，但井下抽放的甲烷浓度在20%～65%。对于低浓度煤层气(甲烷浓度<30%) ，出于安全考虑，通常被禁止直接利用，致使煤矿区抽采的煤层气利用率非常低，目前国内低浓度煤层气主要采用焚烧销毁或者放散的办法处理。