變壓吸附法凈化氫氣分析

孫濤++張厚智++孫蘭強(qiáng)

摘 要：變壓吸附法簡(jiǎn)稱(chēng)PSA，這種方法可以有效將粗氫中的一氧化碳、二氧化碳等雜質(zhì)進(jìn)行有效的吸附出來(lái)，從而能夠生產(chǎn)純凈的氫氣。變壓吸附法的特點(diǎn)就是操作簡(jiǎn)便，對(duì)溫度沒(méi)有太大要求，而且在凈化的時(shí)候不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。所以本篇文章就對(duì)變壓吸附法凈化氫氣進(jìn)行研究分析。希望這種技術(shù)在未來(lái)會(huì)有更大發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：變壓吸附法；凈化；氫氣

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.035

變壓吸附法凈化氣體是現(xiàn)在正在蓬勃發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)，它在越來(lái)越多的方面得到應(yīng)用。變壓吸附法是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，在進(jìn)行氣體凈化的時(shí)候用到的是物理方法，在能夠凈化多種氣體的同時(shí)還能保證被凈化氣體的純凈度，所以變壓吸附法是現(xiàn)在最常用的一種氫氣凈化方法。

1 吸附法原理

每一種東西都具有它特有的外表形態(tài)和內(nèi)部密度，所以密度不同的物體進(jìn)行接觸的時(shí)候，密度較高的物體就會(huì)將密度較低的物體吸附過(guò)來(lái)。所以能夠吸附其他物質(zhì)的物體叫做吸附劑。吸附劑能夠吸附其他物品是因?yàn)樗砻娴淖杂赡茌^高，只有吸附其他物質(zhì)來(lái)降低自身的自由能，從而達(dá)到一個(gè)平衡的表面環(huán)境。利用這個(gè)原理就可以用吸附劑對(duì)氣體進(jìn)行凈化作用.吸附有化學(xué)吸附和物理吸附兩種吸附方法，其中物理吸附方法就是依靠不同物質(zhì)之間的內(nèi)部力進(jìn)行一個(gè)自主吸附的過(guò)程。而化學(xué)方法就是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將不同的物質(zhì)進(jìn)行緊緊的吸附在一起。物理吸附是物體之間自主發(fā)生的吸附，所以這種吸附可以通過(guò)改變環(huán)境可以逆向進(jìn)行。而化學(xué)吸附通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行吸附，改變了物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，所以是一中不可逆的吸附。變壓吸附法是一種純物理的方法，它的特點(diǎn)就是對(duì)吸附劑的使用較少，并且能夠很好的對(duì)吸附劑進(jìn)行利用，反應(yīng)的速度非?？?。所以這種方法應(yīng)用的最廣泛。

2 變壓吸附法的原理

變壓吸附法[1]，顧名思義就是在不同的壓力下對(duì)物質(zhì)進(jìn)行吸附。變壓吸附法在應(yīng)用的時(shí)候，通過(guò)高壓力將氣體中的雜質(zhì)物體都吸附起來(lái)，然后再在低壓的環(huán)境下將吸附的雜質(zhì)進(jìn)行氣解處理，從而根據(jù)不同的壓力條件來(lái)獲取不同的氣體。變壓吸附有兩個(gè)特點(diǎn)，第一，吸附劑對(duì)不同物質(zhì)的吸附能力不同。第二，壓力與吸附劑的吸附能力有關(guān)。通過(guò)第一個(gè)特點(diǎn)，我們可以設(shè)置一定的壓力對(duì)氫氣進(jìn)行凈化處理，從而得到純凈的氫氣。利用第二個(gè)特點(diǎn)，我們可以增大壓力提高吸附劑的利用率，然后將吸附雜質(zhì)以后的吸附劑移動(dòng)到低壓環(huán)境之中，進(jìn)行氣解處理，使吸附劑可以循環(huán)利用。在選取吸附劑的時(shí)候一定要選取吸附能力強(qiáng)和吸附容量多的吸附劑，這樣才能更快的進(jìn)行吸附和氣解，加大了氫氣凈化的效率。

3 變壓吸附法提取氫氣

3.1 吸附劑的選用

吸附劑主要有活性Al2O3、活性炭還有硅膠等物質(zhì)。因?yàn)榛钚訟l2O3具有你親水性，所以可以用來(lái)除去氫氣中的水分子。而硅膠不但對(duì)水具有很好的吸附作用，對(duì)二氧化碳也能進(jìn)行很好的吸附?；钚蕴恐饕悄軌蛭接袡C(jī)分子。最近幾年由于對(duì)技術(shù)的改革，研發(fā)出來(lái)有機(jī)高聚酯樹(shù)脂材料，這種材料的缺點(diǎn)就是吸附量較少，機(jī)械性能差，所以現(xiàn)在應(yīng)用的還不是很廣泛。因?yàn)椴煌奈絼?duì)雜質(zhì)的吸附能力不同，所以要根據(jù)不同的雜質(zhì)以及吸附要求對(duì)吸附劑進(jìn)行選用。對(duì)于難以吸附的物質(zhì)就要選用強(qiáng)力吸附劑，而對(duì)于極易吸附的物質(zhì)就可以選用吸附能力弱的吸附劑，這樣就可以對(duì)吸附劑進(jìn)行合理配比，增強(qiáng)吸附效果。

3.2 變壓吸附過(guò)程

吸附是在吸附床上進(jìn)行的，因?yàn)榭紤]到對(duì)吸附劑的循環(huán)利用，所以吸附過(guò)程是間歇進(jìn)行的。伴隨著吸附過(guò)程的進(jìn)行，逐漸達(dá)到了吸附的平衡。這整個(gè)過(guò)程包括吸附過(guò)程、均壓降壓過(guò)程、順?lè)胚^(guò)程、逆放過(guò)程、沖洗過(guò)程、均壓升壓過(guò)程和產(chǎn)品氣升壓過(guò)程。吸附過(guò)程：粗氫進(jìn)入吸附床，不同的雜質(zhì)被不同的吸附劑所吸附，氫氣逐漸運(yùn)行帶吸附床的出口時(shí)，吸附過(guò)程結(jié)束；均壓降壓過(guò)程：在吸附完成以后將壓力均勻降低回收，然后將清潔的氫氣進(jìn)行回收；順?lè)胚^(guò)程：順著沖洗床的方向進(jìn)行減壓，然后將減出來(lái)的氫氣回收利用；逆放過(guò)程：順?lè)沤Y(jié)束以后，逆著方向?qū)毫χ饾u恢復(fù)正常值，這個(gè)過(guò)程也是解吸吸附劑的過(guò)程；沖洗過(guò)程：因?yàn)殡s質(zhì)在吸附劑里邊殘留，所以要繼續(xù)降低壓力，將雜質(zhì)繼續(xù)排除出來(lái)，完成對(duì)吸附劑的清洗；均壓升壓過(guò)程：與均壓降壓過(guò)程相反，均壓升壓就是對(duì)吸附床進(jìn)行升壓處理，同時(shí)回收未被吸附雜質(zhì)的氫氣；產(chǎn)品氣升壓過(guò)程：用凈化干凈的氫氣來(lái)提升吸附床的壓力，以此來(lái)達(dá)到持續(xù)工作的要求。

3.3 變壓吸附法的發(fā)展及應(yīng)用

變壓吸附法是一種凈化氣體雜質(zhì)十分有效的辦法[2]，我國(guó)通過(guò)不斷的研究，已經(jīng)對(duì)變壓吸附法有了獨(dú)到的見(jiàn)解，并且將變壓吸附法應(yīng)用到飾品、化工、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等等不同的領(lǐng)域。我國(guó)早在72年就開(kāi)始了對(duì)變壓吸附法的研究，82年制造了第一套變壓吸附的工業(yè)裝置。隨著研究的不斷深入，中國(guó)已經(jīng)具有世界頂尖水平，變壓吸附法應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在工業(yè)上使用的多是等壓型的變壓吸附裝置，非等壓型快速變壓裝置對(duì)操作的要求比較低，壓力損失的較大，又因?yàn)檠b置簡(jiǎn)單，循環(huán)周期比較快，所以得到的產(chǎn)品精度不高，凈化的效率也不高，所以這種方法只能是小范圍內(nèi)使用。速度分離型的吸附速度非?？欤軌蛟诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)完成吸附工作。這種方式的原理就是利用不同氣體分子在吸附劑中擴(kuò)散速度快慢來(lái)完成的，活性炭吸附劑就是運(yùn)用的這種原理。

4 變壓吸附法凈化氫氣注意的問(wèn)題

因?yàn)樵跉饨獾倪^(guò)程中會(huì)有雜質(zhì)的殘留，所以一定添加余量，并且一定要控制均壓和順?lè)诺乃俣龋乐箟毫ψ兓^(guò)快對(duì)吸附劑造成破壞。在裝填吸附劑的時(shí)候一定要將吸附劑裝填密實(shí)均勻。在進(jìn)行沖洗的過(guò)程中盡量將吸附劑沖洗干凈。對(duì)于難以吸附的物質(zhì)，可以提前對(duì)其進(jìn)行處理，使吸附過(guò)程中便于吸附。在進(jìn)行氫氣精華的過(guò)程中選擇好的程控閥門(mén)也是很有必要的。因?yàn)檫x用的吸附劑都對(duì)水有很好的吸附作用，所以在凈化的時(shí)候一定要防止水對(duì)凈化結(jié)果的影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

變壓吸附法能夠很好的對(duì)氫氣進(jìn)行凈化作用，通過(guò)對(duì)吸附劑的合理選用可以很好的將氫氣之中的雜質(zhì)凈化干凈，得到純凈的氫氣。當(dāng)然，在進(jìn)行變壓吸附法凈化氫氣的過(guò)程中還有許多問(wèn)題需要注意。如果出現(xiàn)問(wèn)題不能很好的處理就會(huì)很影響凈化氫氣的濃度和工作效率。隨著科技的發(fā)展，變壓吸附法也會(huì)更加成熟，肯定會(huì)在更多的領(lǐng)域運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳驚波. 變壓吸附法凈化氫氣的研究[D].南京工業(yè)大學(xué)，2005.

[2]吝子?xùn)|.變壓吸附法凈化氫氣[J].艦船防化，2003（02）：12-04.