PSA变压吸附

一、变压吸附基础知识
第1题什么是吸附？分为几种类型？
答：咐附是分离混合物的一种方式，它是利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物，利用混合物中各组分在吸附剂中的被吸附力的不同，使其中一种或数种物质吸附于固体表面上以达到分离的目的。

根据吸附表面和被吸附物质之间的作用力的不同，可分为物理吸附和化学吸附两种类型。

第2题吸附有哪些步骤
答：从动力学的角度看，吸附可分为以下几个步骤：
(1)外扩散；(2)内扩散；(3)吸附；(4)脱附；(5)反内扩散；(6)反外扩散。

第3题什么是变压吸附？
答：变压吸附(Pressure Swing Adsorption)简称PSA，是一种对气体混合物进行提纯的过程，以物理吸附原理为基础，利用两个压力上吸附剂对不同物质吸附能力的不同将杂质和提纯物质分离。

变压吸附工艺是在两种压力状态之间工作的，杂质的吸附在高压下进行，在低压下解吸使吸附剂再生，而产品在两种压力状态下均只有少量吸附或不吸附，这种不断循环的过程。

第4题变压吸附气体分离技术有哪些优点？
答：(1)产品纯度高：特别是对氢和氦等组分几乎能够把所有杂质除去；( 2)工艺简单：原料中几种杂质组分可以一步除去不需预先处理；(3)操作简单，能耗低：一般都在常温和不高的压力下操作，设备简单，吸附床再生不需外加热源；(4)吸附剂寿命长；吸附剂使用期限为半永久性，•每年只需少量补充，正常操作下吸附剂一般使用十年以上。

第5题常用的吸附剂有哪几种？
答：常用的吸附剂主要有以下几种：硅胶、活性氧化铝、活性碳、沸石分子筛、碳分子筛等。

第6题什么叫做吸附剂的孔容？
答：吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中微孔的容积来表示，单位是cm 3 /g。

第7题什么是吸附剂的比表面积？
答：比表面积即单位重量吸附剂所具有的面积，单位为m 2 /g，吸附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面积。

第8题在吸附过程中，吸附床分为哪几个区段？
答：吸附床可分为三个区段：(1)为吸附饱和区，•在此区吸附剂不再只吸附，达到动态平衡状态；(2)为吸附传质区，传质区愈短，表示传 •质阻力愈小(即传质系数大)，床层中吸附剂的利用率越高；(3)为吸附床的尚未吸附区。

第9题什么叫吸附前沿(或传质前沿)？
答：在实际的吸附床，由于吸附剂传质阻力的存在，吸附质流体以一定的速率进入吸附
床时，总是先在吸附床入口处形成一个浓度梯度，以此绘成的曲线便称为吸附前沿(或传质前沿)，随着吸附质流体的不断流入，使曲线沿吸附床高度方向推进。

第10题什么叫吸附床流出曲线？
答：在吸附庆中，随着气体混合物不断流入，吸附前沿不断向床的出口端推进，经过一段时间，吸附质出现在吸附床出口处，以出口浓度－－时间绘成的曲线叫做吸附床流出曲线。

第11题什么叫穿透浓度和穿透时间？
答：在吸附床流出曲线中，随着气体混合物不断流入，经过一段时间(tc) 后，流出气体中杂质浓度达到一定值(Cc)出现揭点，开始突然上升，这时的杂质浓度(C 0 )称为穿透浓度，所对应的时间(tc)称为穿透时间。

第12题吸附剂的再生有哪些方法？
答：变温再生：高温下再生，低温下吸附。

变压再生：利用降压、抽真空、冲洗、置换等方法使吸附剂所吸附的杂质析出。

第13题吸附剂的选择应遵循哪些原则？
答：(1)吸附剂对杂质良好的吸附性；(2)吸附剂对各组间的分离系数尽可能大；(3)吸附剂的吸附和再生之间矛盾的解决；(4)吸附剂应有足够的强度，以减少破碎和磨损率。

第14题什么叫氢气回收率？
答：回收率是变压吸附装置主要考核指标之一，它的定义是从高压吸附装置获得的产品中氢气组分绝对量占进入变压吸附装置原料气中氢气绝对量的百分比。

第15题在变压吸附循环过程中分哪些基本步骤？
答：(1)压力下吸附：吸附床在过程的最高压力下通入气体混合物，•其中杂质被吸附，需提纯物质从吸附床另一端流出。

(2)•减压解吸：根据被吸附组分的性能，选用降压、抽真空、冲洗和置换等几种方法使吸附剂再生；(3)•升压：吸附剂再生完毕后，用产品气体对吸附床进行充压，直至吸附压力为止。

第16题什么叫循环周期？
答：对一台吸附器来说，一个循环周期就是指该吸附器从吸附杂质开始，经过泄压再生以后，又到新的一次吸附杂质开始，完成这样大的工艺过程叫做循环周期。

第17题什么叫循环程序？
答：将吸附器的循环工艺步骤周密合理地关联起来，实现PSA•工艺得以循环进行的自动工艺阀门程序化的动作程序。

第18题什么叫步位？
答：步位是循环周期的程序基本单位，十床运行时，一个循环周期由10个分周期组成，而一个分周期由两个步位组成，每一步位的时间由步位定时器或吸附时间规定。

第19题什么叫吸附时间？
答：指一个吸附器在吸附步骤所经历的时间，其长短可以反映该吸附器处理进料气的总量。

在运转过程中，吸附时间是一个主要操作参数，分为能力和局部控制方式。

第20题什么是分周期时间？
答：指一个分周期所经历的时间，或者说是二个步位所经历的时间，分周期时间长短由吸附时间大小决定。

第21题什么叫保持？
答：指在循环程序中，在某个工艺步骤结束而下一个工艺步骤开始之前，该吸附器处于全封闭状态下，没有压力变化和物料流动，这种状态叫保持，符号为IS，它是循环过程中协调各吸附器的步骤的一种过滤状态。

第22题影响PSA过程的主要因素有哪些？
答：影响PSA过程的因素有以下几点：
(1)•进料带水：进料带水进入床层后严重影响吸附剂对气体杂质的吸附性能，且再生困难，所以必须对进料气体进行严格的脱水分离和伴热保温处理。

(2)进料组成：当氢气含量低于设计值(杂质增加)•应相应缩短吸附时间，使产氢量下降，氢收率下降，若进料组成的规格不在设计范围内，还对吸附剂造成损害，影响其合作寿命。

(3)进料流速：流速低，应延长吸附时间以获得较高氢收率，流速高，•应相应缩短吸附时间，保证产品纯度，•PSA•的操作弹性较大，•可在设计能力的110-30％的任何流率下操作，并保证产品氢纯度。

(4)吸附压力：PSA操作压力并非越高越好，在一定压力范围内，杂质吸附量增加而氢回收率提高，但在较高压力下，氢气的吸附量也相应增加，反而使回收率下降，所有压力均在1.28MPa左右。

(5)进料温度：进料温度太低或太高都使氢收率降低，温度过高不利吸附，影响吸附剂寿命，温度太低再生困难，还有带水的可能，同样不利吸附剂。

第23题吸附步骤结束后，吸附器内是否充满杂质，上部存氢有何用途？
答：吸附结束后，吸附器内只有部分装载杂质，吸附器上部仍有未吸附杂质的吸附剂，同时存有纯净的氢气。

上部存氢主要用于其它吸附器再生之后的升压和对被吹扫床提供纯氢气。

第24题在不抽空而采用吹扫过程中，为什么要控制氢气量先小后大吹扫？
答：从工艺要求来讲，吹扫开始时，被吹扫床内杂质含量多，为了保持均衡的废气流量，需供吹扫气的流量小一些，到吹扫末期，被吹扫床内杂质含量少，需供吹扫气流量高一些，保证吹扫效果，实际执行中，通过HC-103和•HC- 104的开关控制吹扫过程中气量的大小。

第25题什么是吸附时间最佳控制？
答：吸附时间的最佳控制既能保证高的氢气纯度，又能保证高的氢气回收率，同时吸附剂性能稳定，使用寿命长，通常高的进料流率应在较短时间下操作。

第26题吸附时间的控制有哪些方式？
答：吸附时间控制有能力和局部控制两种，局部方式控制时，t A 由操作员利用操作控制台键盘手动输入，这时吸附时间的控制通过新的吸附时间来实现，即根据改变的进料流
量大小，输入与之相应的t A ；能力方式控制时，t A 作为进料流量的一个函数自动计算，因此t A 随进料量的变化及时自动调整，若进料量不变要想调整t A ，可通过改变调谐系数A实现，A值可在80-120％的范围内变化，增大A值，t A 增大，减小A值，t A 减小。

第27题吸附时间(t A )的两种控制方式分别在哪些情况下应用？
答：吸附时间(t A )是调整PSA操作中的重要因素，能力控制时，t •A 随进料量变化及时自动调整，并在保证产品纯度条件下，使氢回收率保持在一个高水平上，因此，在正常生产中，能力控制方式是优先选用的操作方式，而局部控制方式一般应用于开停工或者进料组成急剧变化或怀疑进料流量计有故障等异常情况下操作员根据进料大小输入合适的t A ，以便尽快得到合格产品，防止杂质超载的发生。

第28题什么是和谐调整？什么是不和谐调整？
答：和谐调整是根据进料流率的大小调节t A ，使产品的平均纯度满足产品规格要求，同时保证氢收率，获得PSA装置最大效能。

不和谐调整就是t •A 处于局部方式，PSA采用一个较短的t A 进行循环，这种情况下，•产品纯度比规格要求好，而氢气回收率较低。

第29题 PSA运转方式有哪些？各有什么特点？
答：PSA运转方式有两种：自动步进和手动步进。

运转方式设定为自动时，屏幕状态、区域里步位号之后显示“AUTO”，循环程序由微机控制自动前进，即PSA•装置接受来自压力和定位器信号的控制，自动按程序前行，所有对压力敏感的工艺步骤，如吸附、均压、排放、抽空等都被检查完成情况，若要求的工艺参数未被满足，程序将停滞在该步上，直到条件满足或改变运转方式人为使程序前进。

运转方式设定在手动方式时，循环程序立即停滞在此时的步位上，所有计时器都停止计时，程序前进由操作员手动控制，按下一次步进键，程序将前进一个步位，而不管工艺条件如何。

第30题什么情况下应用自动或托运步进方式？
答：自动步位方式是装置运转方式，而手动步进方式一般用于装置停运或开工过程中，以及因故障自动程序停滞的情况况下，如开工时可利用手动步进方式调整装置所处步位与开工步位一致，在首次开工中利用手动步进方式进行功能调试。

第31题使用手动步进时，应注意哪些问题？使用不当会造成什么危害？
答：(1)使用手动步进时，•吸附器的压力状况应与正被选定的前进步位相一致，若不一致，使用手动步进，易造成吸附器压力的快速变化，使吸附剂床层压力突变，对吸附剂造成损害，甚至损坏阀门、堵塞仪表管线，导致操作性能变坏以至停车。

(2)不应使装置停在手动步进的周期超长，否则易造成杂质超载，•损坏吸附剂，使产品质量下降，并影响装置对压力变化的控制功能。

第32题程控阀门的两种方式各有什么特点？
答：自动阀门操作是装置正常运转的阀门操作方式，阀门开关将设计的顺序通过控制单元自动地程序化控制。

手动阀门方式只适用于停运吸附器，若装置十床循环，手动阀门方式对操作不起作用，若设定了手动阀门方式，则停运吸附器的阀门都通过手动打开或关闭，当阀门操作返回自动方式时，所有手动打开的阀门都将关闭。

第33题 PSA装置有哪些工艺过程可以进行切换？
答：带抽空时，有以下几种：
10-3-4/V、8-2-3/V、6-2-2/V、5-1-2/V。

不带抽空时，有以下几种：
10-3-3、8-2-2、6-2-2、5-1-2。

第34题各工艺过程的切换方式有几种？各有什么特点？
答：各工艺过程的切换方式有自动切换方式和手动切换方式两种。

自动切换方式时，装置控制系统自动检查装置的运行情况，当阀门故障或模件故障时，控制系统能自动诊断并发生报警，必要时，装置应从主工艺切换到替换工艺。

若切换方式方式设定在手动方式，需切换时，必须由操作员从控制键盘发出切换指令，选择并输入需要的工艺过程代码，输入代码的10秒内必须按过程启动键，以实现切换，控制系统将检查出目前步位中是否允许切换，若条件未满足，则装置继续按原工艺循环，直到达到条件，切换才能发生。

第35题工艺切换时，吸附时间如何控制？
答：PSA在切换过程中，吸附时间由控制单元临时控制，•系统从任何一种循环工艺切换到另一种循环工艺，切换一旦发生，给定的吸附时间将是正常能力控制时间的80％，而在完成一个循环后，如装置已处在能力控制方式中，则吸附时间将自动回复到正常的能力控制吸附时间，如处于局部控制方式，则连续按计算的时间运转，直到吸附时间按手动改变，即输入一个新的吸附时间，如切换中输入新的吸附时间，控制系统将不接受这个时间。

第36题什么情况下，由10床切入8床？
答：(1)某个吸附器控制阀的外部零件如电磁阀出现故障。

(2)某个吸附器的控制阀的阀门执行机构失灵。

(3)某个吸附器的电磁阀输出模件发生故障。

(4)某个吸附器的压力变送器内部故障。

第37题切换完成后，是否需要调整吸附时间？为什么？
答：切换完成后，应根据氢的收率大小，适当调整吸附时间，因为切换过程中，吸附时间由控制系统临时给定，是正常能力控制吸附时间的80％，切换完成后，若吸附时间处于能力控制方式，则t A 自动恢复到正常的能力控制，但这时也有可能氢收率不高，若吸附时间处于局部控制方式，则将连续按计算的吸附时间运转，如不适当地调整t A ，则吸附剂显得得不到充分利用，氢收率低，所以在切完成后，在保证氢纯度前提下，适当调整t A ，以获得高回收率。

第38题何谓切换的最佳步位？
答：所谓最佳步位是指手动切换时选择的切换步位，切换前后的压力状况接近或相符，工艺步骤互相衔接，因此在最佳步位进行切换时整个系统的影响和改变最小，可以避免产生较大的工艺波动。