工藝原理

吸附是指：當兩種相態不同的物質接觸時，其中密度較低物質的分子在密度較高的物質表面被富集的現象和過程。具有吸附作用的物質（一般爲密度相對較大的多孔固體）被稱爲吸附劑，被吸附的物質（一般爲密度相對較小的氣體或液體）稱爲吸附質。吸附按其性質的不同可分爲 類，即：化學吸附、活性吸附、毛細管凝縮和物理吸附。變壓吸附（PSA）氣體分離裝置中的吸附主要爲物理吸附。

物理吸附是指依靠吸附劑與吸附質分子間的分子力（包括範德華力和電磁力）進行的吸附。其特點是：吸附過程中沒有化學反應，吸附過程進行的極快，參與吸附的各相物質間的動態平衡在瞬間即可完成，並且這種吸附是完全可逆的。

變壓吸附氣體分離工藝過程之所以得以實現是由於吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個基本性質：一是對不同組分的吸附能力不同，二是吸附質在吸附劑上的吸附容量隨吸附質的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的 個性質，可實現對混合氣體中某些組分的優先吸附而使其他組分得以提純；利用吸附劑的 個性質，可實現吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構成吸附劑的吸附與再生迴圈，達到連續分離氣體的目的。

    吸附劑：

工業PSA-H2裝置所選用的吸附劑都是具有較大比表面積的固體顆粒，主要有：活性氧化鋁類、活性炭類、矽膠類和分子篩類吸附劑；另外還有針對某種組分選擇 附而研製的特殊吸附材料，如CO專用吸附劑和碳分子篩等。吸附劑 重要的物理特徵包括孔容積、孔徑分佈、表面積和表面性質等。不同的吸附劑由於有不同的孔隙大小分佈、不同的比表面積和不同的表面性質，因而對混合氣體中的各組分具有不同的吸附能力和吸附容量。

吸附劑對各種氣體的吸附性能主要是通過實驗測定的吸附等溫線和動態下的穿透曲線來評價的。優良的吸附性能和較大的吸附容量是實現吸附分離的基本條件。

同時，要在工業上實現有效的分離，還必須考慮吸附劑對各組分的分離係數應儘可能大。所謂分離係數是指：在達到吸附平衡時，（弱吸附組分在吸附牀死空間中殘餘量/弱吸附組分在吸附牀中的總量）與（強吸附組分在吸附牀死空間中殘餘量/強吸附組分在吸附牀中的總量）之比。分離係數越大，分離越容易。一般而言，變壓吸附氣體分離裝置中的吸附劑分離係數不宜小於3。

另外，在工業變壓吸附過程中還應考慮吸附與解吸間的矛盾。一般而言，吸附越容易則解吸越困難。如對於C5、C6等強吸附質，就應選擇吸附能力相對較弱的吸附劑如矽膠等，以使吸附容量適當而解吸較容易；而對於N2、O2、CO等弱吸附質，就應選擇吸附能力相對較強的吸附劑如分子篩等，以使吸附容量 、分離係數 。 

此外，在吸附過程中，由於吸附牀內壓力是週期性變化的，吸附劑要經受氣流的頻繁沖刷，因而吸附劑還應有足夠的強度和抗磨性。

在變壓吸附氣體分離裝置常用的幾種吸附劑中，活性氧化鋁類屬於對水有強親和力的固體，一般採用三水合鋁或三水鋁礦的熱脫水或熱活化法製備，主要用於氣體的乾燥。

矽膠類吸附劑屬於一種合成的無定形二氧化矽，它是膠態二氧化矽球形粒子的剛性連續網路，一般是由矽酸鈉溶液和無機酸混合來製備的，矽膠不僅對水有極強的親和力，而且對烴類和CO2等組分也有較強的吸附能力。

活性炭類吸附劑的特點是：其表面所具有的氧化物基團和無機物雜質使表面性質表現爲弱極性或無極性，加上活性炭所具有的特別大的內表面積，使得活性炭成爲一種能大量吸附多種弱極性和非極性有機分子的廣譜耐水型吸附劑。

沸石分子篩類吸附劑是一種含鹼 素的結晶態偏 酸鹽，屬於強極 附劑，有着非常一致的孔徑結構和極強的吸附選擇性，對CO、CH4、N2、Ar、O2等均具有較高的吸附能力。

碳分子篩是一種以碳爲原料，經特殊的碳沉積工藝加工而成的專門用於提純空氣中的氮氣的專用吸附劑，使其孔徑分佈非常集中，只比氧分子直徑略大，因此非常有利於對空氣中氮氧的分離。

對於組成複雜的氣源，在實際應用中常常需要多種吸附劑，按吸附性能依次分層裝填組成複合吸附牀，才能 纔能達到分離所需產品組分的目的。