变压吸附制氮原理

 

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，并且在一定压力下对被分离的气体混合物各组分又有选择吸附的特性。在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱出这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，一般采用两个吸附塔，循环交替的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，故该工艺称作变压吸附（PRESSURE SWING ADSOPTION，简称PSA）。变压吸附制氮是一种常温空气分离技术，和传统深冷空分相比，具有工艺流程简单，设备制造安装容易，适应性广，自动化程度高，操作简单、运行成本低，投资省的特点。

分子筛实物图

分子筛放大2000倍电子显微镜图

 

变压吸附制氮的核心是碳分子筛，如上图所示，是多孔的碳基材料，在变压吸附的过程中（大约1分钟）经历加压、减压，特别是减压的情况下，更容易造成分子筛粉化。因此，如何防止分子筛粉化就是变压吸附制氮的核心技术。同时，压缩空气中有颗粒、油及水，他们对分子筛造成伤害，也使分子筛软化然后粉化，中毒（进油），进而使设备的流量、纯度下降， 给安全生产带来巨大隐患…   所以选用高效、可靠的进口分子筛，合理设计空气净化系统，辅以根本的先进的防止分子筛粉化工艺和技术，才能保证分子筛的长久寿命，保持设备长期低成本的使用，节约每一份运行成本。   一般地，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右图：

 

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塔底端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(大约1分钟)，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塔进行一个短暂的均压过程，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，使一只塔（待解吸塔）的气体流向另一只塔（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塔通过底端出气口继续排气，将吸附塔迅速下降至常压，从而脱除已吸附的O2、CO2、H2O，实现分子筛的解吸再生。 吹扫    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。 以上过程是通过压力变化来实现的，因此该工艺称为变压吸附（Pressure Swing Adsorption ， 简称PSA）。