变压吸附法

变压吸附法 (PSA)

吸附分离是利用吸附剂只对特定气体吸附和解析能力上的差异进行分离的。为了促进这个过程的进行，常用的有加压法和真空法等。分子筛变压吸附分离空气制取氧的机理，一是利用分子筛对氮的吸附亲和能力大于对氧的吸附亲和能力以分离氧，氮；二是利用氧在碳分子筛微孔系统狭窄空隙中的扩散速度大于氮的扩散速度，使在远离平衡的条件下可分离氧氮。

变压吸附法制氧，氮在常温下进行，其工艺有加压吸附/常压解析或常压吸附/真空解析两种，通常选用沸石分子筛制氧，碳分子筛制氮。1991年，日本三菱重工制成世界上最大的PSA制氧设备，其氧产量可达8650m3/h，我国的PSA制氧设备已初步系列化，产量最高可达2600m3/h，氧纯度≥90%，德国林德公司20世纪80年代以来的单位氧产品能耗最低可达0.42kw.h/m3 O2。

用碳分子筛制氮主要是基于氧和氮在碳分子筛中的扩散速率不同，在0.7-1.0Mpa压力下,即氧在碳分子筛表面的扩散速度大于氮的扩散速度，使碳分子筛优先吸附氧，而氮大部分富集于不吸附相中。碳分子筛本身具有加压时对氧的吸附容量增加，减压时对氧的吸附量减少的特性。利用这种特性采用变压吸附法进行氧、氮分离。从而得到99.99%的氮气。

水蒸气转化法制氢工艺中，采用变压吸附对粗氢气进行提纯的流程。

1960年Skarstrom提出PSA专利，他以5A沸石分子筛为吸附剂，用一个两床PSA装置，从空气中分离出富氧，该过程经过改进，于60年代投入了工业生产。80年代，变压吸附技术的工业应用取得了突破性的进展，主要应用在氧氮分离、空气干燥与净化以及氢气净化等。其中，氧氮分离的技术进展是把新型吸附剂碳分子筛与变压吸附结合起来，将空气中的O2和N2加以分离，从而获得氮气。

随着分子筛性能改进和质量提高，以及变压吸附工艺的不断改进，使产品纯度和回收率不断提高，这又促使变压吸附在经济上立足和工业化的实现。