摘 要：由于变压吸附提纯气体工艺产品气纯度高、操作自动化、启动与停车较灵活等优点，使之近年来发展较快，其技术日趋成熟，已成为一种很重要的制气技术。广泛应用于化工、石化、冶金、电子、轻工、医药等领域。变压吸附提纯混合气体主要以多孔性固体物质为吸附剂，利用其对杂质气体和产品气的平衡吸附量不同，对气体进行提纯分离。
关键词：变压吸附；吸附剂；提纯气体
1 概述
变压吸附是对气体混合物进行提纯的工艺过程，该工艺以多孔性固体物质内表面对气体分子的物理吸附为基础，在两种压力状态之间工作的可逆物理吸附过程。它是根据多孔性固体物质内表面对混合气体中杂质气体的吸附能力随吸附压力的减小而快速降至极小值，而对产品气则无论是高压或是低压都具有较小的吸附能力的原理。变压吸附分离混合气体有以下特点：产品气纯度高，可达到99.9%以上的高纯度[1]；工艺流程短，自动化程度高[2]；原料适应性强，对于产品含量15%～98%均可通过变压吸附得到高纯度的产品；操作弹性大，操作弹性一般可达到30%～120%；产品纯度易调节，只需调整操作参数，即可得到各种不同纯度的产品气；能耗低、运行费用少，一般在常温和中、低压力下操作；不足之处是产品气回收率较其他方法低一些，产品气量相同时原料消耗较高。本论文通过研究变压吸附工艺，深入探究压力、温度、原料气流速、原料气的量、原料气组成等对变压吸附制气体中产品气纯度、回收率的影响。
2 吸附剂及变压吸附过程
吸附剂是一种多孔性固体物质，对部分液体和气体有较大的吸附能力。变压吸附提纯气体混合物的效果很大程度上取决于吸附剂，所以在变压吸附工艺中对吸附剂的选择很重要。吸附剂有以下特点：吸附剂具有较大的比表面、吸附过程为物理吸附、可再生；机械强度大等。工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等。
以**化工厂变压吸附提变换气中氢气为例：
本厂采用10-2-5VPSA进行变压吸附进行连续操作。10-2-5VPSA指10塔（A～J塔）运行、2塔吸附、5次均压，抽真空变压吸附。10塔运行步序以A塔为例如下：
（1）吸附过程：原料气自塔底进入吸附塔A，在吸附压力1.2MPa（G）下，选择吸附所有杂质，未被吸附的氢气作为产品从塔顶经产品气阀送至装置外，吸附前沿到达吸附剂预留段时，停止吸附转入再生过程。
（2）一均降压过程：A塔与刚完成的二均升的G塔相连，直到两塔的压力基本相等。A塔压力变化：1.2～0.98 MPa
（3）二均降压过程：A塔与刚完成三均升的C塔相连进行均压直到两塔的压力基本相等。压力变化：0.98～0.76 MPa
（4）三均降压过程：A塔与刚完成四均升的H塔相连进行均压，直到两塔的压力基本相等。压力变化：0.76～0.54 MPa
（5）四均降压过程：A塔与刚完成五均升的D塔相连进行均压，直到两塔的压力基本相等。压力变化：0.54～0.32 MPa
（6）五均降压过程：A塔与刚完成冲洗再生的I塔相连进行均压，直到两塔的压力基本相等。压力变化：0.32～0.10 MPa
（7）逆放过程 ：A塔压力已降至0.1MPa（G）左右，杂质开始解吸，逆着吸附方向将吸附塔压力降至0.02Mpa（G）左右。
（8）抽真空过程：逆着吸附方向，用真空泵对吸附塔进行抽真空，进一步降低装置压力至-0.08MPa，使被吸附组分从吸附剂中完全解吸出来。
（9）五均升压过程：A塔与刚完成四均降压的G塔相连进行均压升压，直到两塔压力基本相等。压力变化-0.08～ 0.10 MPa
（10）四均升压过程：A塔与刚完成三均降压的C塔相连进行均压升压，直到两塔压力基本相等。压力变化0.10～0.32 MPa
（11）三均升压过程 ：A塔与刚完成二均降压的H塔相连进行均压升压，直到两塔压力基本相等。压力变化0.32～ 0.54 MPa
（12）二均升压过程：A塔与刚完成一均降压的D塔相连进行均压升压，直到两塔压力基本相等。压力变化0.54 ～0.76 MPa
（13）一均升压过程：A与刚完成吸附的I塔相连进行均压升压，直到两塔压力基本相等。压力变化0.76 ～0.98 MPa
（14）产品气升压过程：连续五次均压升压过程后，A塔压力已升至0.98MPa（G）左右，再用产品氢对吸附塔进行最后的升压，直到使其达到吸附压力。
3 分析变压吸附的影响因素
变压吸附是可逆的物理吸附过程，吸附剂对杂质气体的吸附量随压力的增加而增加，刚开始时快速增加，而后增加放缓，当吸附剂接近饱和时，吸附量趋于一稳定的极大值。操作压力越高操作费用和设备投资随之增加[3]。因此多数大型变压吸附将吸附压力控制在2.0Mpa左右[2]。
进料温度高，吸附剂的吸附能力下降，造成产品气回收率下降、质量不合格，同时还大大的缩短吸附剂的使用寿命。而温度太低，不利于吸附剂再生，会有部分杂质留在吸附剂内表面，随着时间的推移会出现吸附剂杂质超载的现象。
进料中产品气含量增加时，产品气量和收率提高，产品气含量低于要求值时，产品气量和收率降低，应及时减少吸附时间或降低进料量，来降低吸附剂负荷防止造成杂质超载，影响产品气质量甚至会导致停车。
进料流量减小时，吸附剂负荷减小提高了对混合气体的提纯效果，应延长进料时间以充分利用吸附剂，提高产品气的收率。当进料流量增加时，吸附剂负荷增加，对混合气体的提纯效果变差，应减少进气时间，保证产品气纯度，保护吸附剂不超载。
原料气进入吸附器的流速过快会导致吸附剂床层的松动及少量吸附剂被粉碎，吸附剂粉末会增加吸附剂床层的阻力导致吸附器的压降增加。并且吸附剂的粉尘可能损坏阀门阀座，堵塞仪表管线，从而使装置的吸附效果变差，甚至导致停车。
参考文献：
[1]张炳标.变压吸附-低温分离联合法制氢技术的应用[J].南京：江苏省人民出版社，1997：43-47.
[2]魏玺群，陈健.低温与特气[J].大连：光明化工研究设计院，2002：42-48.
[3]许庆本，高健康.甘肃科技[J].兰州：甘肃科学技术出版社，2008：32-34.
