变压吸附原理和过程

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变压吸附原理

 

变压吸附技术应用广泛,如常温空气分离的制氮与制氧、氢气提纯与回收、气体干燥等工艺过程,应用范围极其广泛。

变压吸附基本原理是利用吸附剂对吸附质在不同压力下有不同的吸附容量,并且在压力状态下对被分离的气体混合物各组分又有选择性吸附的特性,在吸附剂选择吸附的条件下,加压吸附原料气中的某一或某些组分,减压后再脱出这些组分,从而使混合气体得以分离,同时吸附剂又获得再生。因此,一般采用两个或以两个以上的吸附塔,循环交替地变换所组合的各吸附塔压力,就可以达到连续分离气体混合物的目的。因为吸附与解吸过程是通过压力变化实现的,因此该工艺称作变压吸附(PRESSURE SWING ADSORPTION,简称PSA)。

  

变压吸附制氮

 

变压吸附制氮是一种常温空气分离技术。与传统的深冷法空气分离技术相比,具有工艺流程简单,设备制造安装容易,装置启停灵活,安全性好,自动化程度高,操作简单,投资省,对于中小规模的装置运行成本低等特点。

 

  

碳分子筛实物照片

 

碳分子筛放大2000倍后照片

 

变压吸附制氮工艺的核心材料是用于空气分离的碳分子筛(CMS)。如上图所示,这是一种多孔的碳基吸附材料。这种吸附剂具备吸附氧的能力,用以生产氮气产品。

碳分子筛吸附氧的机理

 

一般来说,在吸附平衡情况下,任何一种吸附剂在吸附同一气体时,气体压力越高,则吸附剂的吸附量越大;反之,压力越低,则吸附量越小。

 

变压吸附制氮的动力学原理如下图示:

 

 

正是由于在碳分子筛中,氧与氮在不同压力下的吸附容量存在较大的差别,可以利用这一机理,实现空气分离制取氮气的目的。

 

变压吸附制氮的四个步骤

 

为了获得连续的氮气,一般采用两个吸附塔进行交替吸附和再生,完整的变压吸附过程为:

吸附   装有碳分子筛的吸附塔共有A、B二塔。当洁净的压缩空气进入A塔,经碳分子筛向出口端流动时,O2、CO2和H2O被吸附,产品氮气由吸附塔出口流出。

 

均压    经一段时间后(约1分钟左右),A塔内的碳分子筛吸附饱和。这时,A塔自动停止吸附,并对B塔进行短暂的均压过程,从而迅速提高B塔压力,并达到提高制氮效率的目的。所谓均压,就是将两塔连通,使已完成吸附过程的塔(即待解吸塔)的气体流向另一塔(待吸附塔),最终达到两塔的气体压力基本均衡。

解吸   均压完成后,A塔内的剩余气体通过解吸气排放口排放,吸附塔内的压力迅速下降至常压,从而脱除已吸附的O2、CO2、H2O,实现分子筛的解吸再生。

 

吹扫及升压   为了使分子筛彻底再生,以氮气缓冲罐内的合格氮气对A塔进行逆流吹扫,同时使得待吸附塔内的压力进一步提升,而吸附塔另一端的压缩空气的进入,为下一步开始的吸附产氮过程建立起必要的压力。

 

变压吸附制氮工艺流程

 

变压吸附制氮的工艺流程如下图示:

工艺流程描述: 

 

压缩机提供的压缩空气,经过空气系统净化处理,洁净的压缩空气进入吸附塔进行氧、氮分离,得到合格的氮气,其流程包含:

 

空气压缩:在一定的压力下,变压吸附才能达到较佳的吸附效果,因此,环境空气必须经过压缩。通常采用的是螺杆式压缩机(中小型规模)和离心式压缩机(大型规模),小型装置也可以配套涡旋式或其他类型的空压机。由于分子筛为具有微孔组织的材料,如果压缩空气中携带有损害分子筛性能的杂质(如润滑油蒸气),则会造成微孔的堵塞或分子筛中毒,从而降低分子筛效率,影响设备的产量,而这种损害往往是不可恢复的。因此选择品质高,含油量小或无油空气压缩机,是保证系统正常运行的关键因素之一。

 

空气净化:由于压缩空气中含有水、颗粒、油,这些杂质对分子筛有破坏作用,因此,必须用空气处理系统(冷干机、吸干机及过滤器等),通过降温除去油水,达到保护分子筛的目的。选用高品质的空气处理系统同样是保证制氮装置正常运行的关键因素之一。

 

变压吸附制氮:是整个过程的核心和关键环节。通过前述的四个工艺过程,可以生产出合格的产品氮气,并经氮气缓冲罐平抑压力波动后,提供给用户端使用。

由于制氮变压吸附工艺长期、高频率的压力交变,无论是升压过程、均压过程,还是解吸再生排放过程,无疑对吸附剂进行着高强度的气流冲刷。因此,如对这些过程的控制不当,分子筛极易出现粉化。这是此种工艺需要解决的关键技术。

 

本公司变压吸附制氮装置技术特点

  

分子筛的防粉化技术是研人员的多年智慧的结晶,主要体现在:

·I30多年的经验积累

·多项防粉化技术

·专用技术设计的气流分布器

·经长时间测试、检验的分子筛

·质量过硬的空气压缩及净化系统

 

本公司提供的设备具有多年的技术及经验,配套设备选型高品质,为优势技术的实现提供硬件保障。因此,本公司提供的变压吸附制氮装置的质量可靠,具有超长的使用寿命,为用户带来长久的经济效益。高品质的可靠设备,保证客户避免因设备故障带来的不确定因素,消除可能造成的系统紧急停产而产生的无法估量的经济损失,同时也避免了设备频繁故障带来的维修烦恼。

  

变压吸附产品规格

 

  • 装置流量:1~1000 Nm³/h
  • 氮气纯度:95~99.999%N2
  • 氮气压力:0.5~1MPa

 

变压吸附产品形式

 

变压吸附制氮可广泛应用于化工、油气、煤矿、海洋工程、电子、医药等各种行业。装置形式可以根据具体应用情况定制化设计生产,如箱式、撬装式、集装箱式、就地组装式等多种方式。

请根据您的产品要求及应用查看“应用及业绩”及联系咨询西梅卡销售人员。

 

变压吸附产品的拓展形式

 

针对不同的用户及对产品的特殊要求,本公司可以提供。

--苏州穆尔气体

2021年3月9日 14:50
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