吸附分离

0 .0 0 0 .0 5 0 .1 0 0 .1 5 0 .2 0 0 .2 5
P /F
充压时间对产品罐压力波动的影响
p/MPa
0 .6 2
0 .6 1
0 .6 0 1
2
0 .5 9
3
0 .5 8
0 .5 7 0 .5 6
1 : 1 1 0 s e c 2 : 6 0 s e c 3 : 1 0 s e c
F e e d flo w r a te /s c c m
操作压力的影响
2 2 0 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 1 2 0 1 0 0
8 0 6 0 4 0
0 .2 0 .3 0 .4 0 .5 0 .6 0 .7 0 .8 0 .9
p /M P a
feed flowrate 216.7 Sccm
吸附技术应用
1 干燥（气/液） 2 除臭、脱色、溶剂回收 3 气体分离 4 污水处理 5 气体存储 应用领域：石化、化工、食品、医药、环保等。
1 吸附分离
基本原理： 吸附平衡差异 吸附动力学差异 位阻效应
分离原理
穿透曲线
1
c/c0
1
2
0
t
1
t
2
分离系数
分离系数定义：
ij

x x
Countercurrent
Pressure of adsorption
MPa 0.6 0.6
0.5 0.5
0.4 0.4
Time of Time of re- Oxygen
adsorption pressurization concentration
s
s
120
110
0.443
120
110
0.417
逆向冲洗(PG)阶段的冲洗气是由顺向放压(PP)塔提供的
两塔变压吸附制氮
传统四塔变压吸附的不足：
当原料气的压力较低时，将因各中间步骤的压差较小而使得在顺向 清洗步骤无法提供足够的冲洗用气；若要保证足够的冲洗用气，则 会导致均压步骤的压差减小而使得均压步骤失去均衡压力的意义。 因此，采用传统的四塔不连续二次均压工艺，若原料气压力较低， 则必须在进入变压吸附工序之前将原料气增压。
0 .3 2 5
0 .3 0 0
0 .3 0 0
0 .2 7 5
0 .2 7 5
0 .2 5 0
0 .2 5 0
0 1 02 03 04 05 06 07 08 09 0
tP E /S e c
冲洗比的影响
oCcerntianfoO 2 eRcovrey
0 .5 0 0
0 .5 0 0
0 .4 7 5
此外，因冲洗气由顺向放压(PP)塔提供，大约30%～40%的吸附床在 吸附步骤中不能利用，以保证在随后的降压过程中杂质前沿不穿透 吸附床，这在一定程度上降低了装置的处理能力。
各塔独立操作的变压吸附流程
MFC
P SP Feed
FB
P
P
SP
SP
HPB LPB A B C D
PB
P
P
P
P
P MFM
MFM Product
0 .4 7 5
0 .4 5 0
0 .4 5 0
0 .4 2 5
0 .4 2 5
0 .4 0 0
0 .4 0 0
0 .3 7 5
0 .3 7 5
0 .3 5 0
0 .3 5 0
0 .3 2 5
0 .3 2 5
0 .3 0 0
0 .3 0 0
0 .2 7 5
0 .2 7 5
0 .2 5 0
0 .2 5 0
tc Nta ts ta ts是两塔之间吸附步骤开始的时间差
实验结果：
H2pirut/y% H2recovre/y%
1 0 0 .0 9 7 .5 9 5 .0 9 2 .5 9 0 .0 8 7 .5 8 5 .0 8 2 .5

1 2 0
1 0 5
9 0
7 5
6 0
C y c le s
紧凑的吸附塔组合 The latest patent
新设计方案
吸附等温线
YixAs
1 .5 0 1 .3 5 1 .2 0 1 .0 5
V P 8 0 0 5 A 1 3 X
N 2 O 2
0 .9 0
0 .7 5
0 .6 0
0 .4 5
0 .3 0
0 .1 5
0 .0 0 0 .00 .10 .20 .30 .40 .50 .60 .70 .8 X A x is
80
70
0.553
80
70
0.475
80
70
0.414
80
70
0.394
Oxygen recovery
0.300 0.272
0.262 0.215
0.270 0.211
操作压力的影响
1 0 5 1 0 0
9 5
1 2 0 1 0 5
H2pirut/y% H2recovre/y%
9 0
9 0
8 5
7 5
0 .4 0 0
0 .3 7 5
0 .3 7 5
0 .3 5 0
0 .3 5 0
0 .3 2 5
0 .3 2 5
0 .3 0 0
rBetakrhougtih/ems
环境温度的影响
oCcerntia/on% eRcovre/y%
0 .4 6
0 .6
0 .4 5 0 .4 4 0 .4 3 0 .4 2 0 .4 1
0 .5 0 .4 0 .3 0 .2
0 .4 0
0 .1
1 81 92 02 12 22 32 42 52 62 7
H2pirut/y% H2recovre/y%
1 0 1
1 0 0
9 5
1 0 0
9 0
8 5
9 9
8 0
7 5
9 8
7 0
6 5
9 7
6 0
9 6
p u r ity r e c o v e r y
5 5 5 0 4 5
9 5
4 0
0 .1 0 0 .1 5 0 .2 0 0 .2 5 0 .3 0 0 .3 5
Needle Valve Manual Valve P : Pressure Sensor MFM:Mass Flow Meter
Solenoid Valve
SP Filter
LPB : Low Pressure Buffer FB : Feed Buffer
HPB : High Pressure Buffer SP : Sample Port
至于泄压的方向，可以是顺向（与吸附步骤的流动方 向相同）也可以是逆向。空分制氧实验表明，顺向泄 压的总体操作效果较好。
操作压力的影响
Mode of pressure equalization
Co-current
Countercurrent
Co-current
Countercurrent
Co-current
yi yj
x --- 吸附相的摩尔分数；y ---气相的摩尔分数
xi 1
i
nt --- 总吸附量
ni nt xi
分离系数
ni xi nj xj
ij


ni nj

yj yi

组份吸附量由混合物的穿透曲线确定。
质量衡算
Feed stream
Exit
Cycle sequence
PP EQ2 BD
A
EQ1
FR
PG EQ2 EQ1
PG EQ2 EQ1
PP EQ2 BD
A
EQ1
FR
FR PG EQ2 PP EQ2 A
A－Adsorption，EQ1－First pressure-equalization， PP－Co-current pressure release，EQ2－Second pressure-equalization，BD－Countercurrent pressure release, PG－Countercurrent purge，FR－Final pressurization，－Co-current，－Countercurrent
0 .5 5 0
1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0
t/S e c
充压时间对收率和产品浓度的影响
oCcerntianfoO 2 eRcovrey
0 .5 0 0
0 .5 0 0
0 .4 7 5
0 .4 7 5
0 .4 5 0
0 .4 5 0
0 .4 2 5
0 .4 2 5
0 .4 0 0
穿透曲线
1 .1
1 .0
0 .9
0 .8
0 .7
c/c0
0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1
1 1 0 .6 s c c m 1 6 3 .6 s c c m 2 1 6 .7 s c c m 2 6 9 .7 s c c m 3 2 2 .7 s c c m 3 7 5 .8 s c c m 4 2 8 .8 s c c m
R o o m te m p e r a tu r e / o C
均压时间的影响
oCcerntianfoO 2 eRcovrey
0 .4 5 0
0 .4 5 0
0 .4 2 5
0 .4 2 5
0 .4 0 0
0 .4 0 0
0 .3 7 5
0 .3 7 5
0 .3 5 0
0 .3 5 0
0 .3 2 5
8 0 7 5
p /M P a :
0 .4
0 .6 6 0 0 .8 1 .0
7 0
4 5
5 .0 7 .5 1 0 .01 2 .51 5 .01 7 .52 0 .02 2 .5
F e e d f lo w r a t e /S L P M
证明低吸附压力亦可达到满意的分离效果，只是高压下通量大
冲洗比的影响
Adsorbent bed
ue, ye,i
uo, yo,i
质量平衡：
t
t
ue ACye,idt uo ACyo,idt ALye,i p / RT mni
0
t
0
ue ye,i uo yo,i ACdt ALye,i p / RT
ni 0
m
注意：吸附剂的空隙率 应在静态法测吸附装置上，通过氦气膨胀测定，
但是在两个装置上的填充密度应当一致。
吸附分离工艺
吸附分离工艺分类： 变压吸附分离（PSA）； 变温吸附分离（TSA）； 真空/加压吸附分离（VPSA）； 溶剂置换； 色谱分离。
再生条件。
变压吸附
q1a
A
q2a
q1b
B
q2b
0
P2
P1
变压吸附分离操作原理
变压吸附分离的基本操作
1、充压：吸附塔充压至吸附压力（较高压力） 2、吸附：在该压力下吸附 3、放空：泄压至常压或真空，使吸附剂再生 4、冲洗：冲洗吸附床，提高再生深度。 5、均压：需升压的塔和需降压的塔连通
4 5 3 0 1 5
8 0 .0
0
4 6 81 01 21 41 61 82 02 22 4
F e e d f lo w r a t e /S L P M
tc=360 S，ta=120 S[15]，故 = 0.75恰好满足约束条件
谐时性约束：任何一塔某一步骤的起始或终结必须与 至少另外一塔某一步骤的起始或终结相对应。
均压，以提高产品回收率和降低机械能耗。均压将各吸附塔串联 在一起，使得各塔的每一操作步骤必须与其他塔协调。所以，必 须根据流程中的塔数和所含操作步骤排出整个流程的操作时序表。
普通四塔流程的操作时序表
Bed A B EQ1 C BD D EQ1
A
EQ1
FR
PG EQ2 EQ1
PP EQ2 BD
A
PG
1R 2R FR
1R 2R FR PG
1D 2D BD A
避免了吸附塔之间的均压，打开了吸附塔之间的耦联，因此循环中每个 步骤延续时间的确定便有了较大的自由度，并且在各循环步骤的延续时 间及顺序确定之后，各塔对应步骤起始的时间亦有最大的自由度，但各 塔相应步骤的重叠时间需满足一下条件：
MFC : Mass Flow Controller PB : Product Buffer
新流程的操作时序表
Bed
A
A
B PG 1R 2R FR
C
PG
D A 1D 2D BD
Cycle sequence
1D 2D BD
PG
A
1D 2D BD
1R 2R FR
0 .0 0
2 5 0 5 0 0 7 5 0 1 0 0 0
t/s
定压、变处理量和定处理量、变压条件下的穿透曲
线，确定最佳操作条件
流量对穿透时间的影响
0.6 MPa
rBetakrhougtih/ems
4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0
5 0 5 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0
P /F
运行稳定性实验
irtPu/y% eRcovre/y%
1 0 5 .0
1 0 0
1 0 2 .5 1 0 0 .0
9 0
9 7 .5 9 5 .0 9 2 .5
8 0 7 0
9 0 .0 8 7 .5 8 5 .0
6 0 5 0
8 2 .5
4 0
8 0 .0 0 2 4 6 81 01 21 41 61 8