變壓吸附問(wèn)答題含解析-4

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1、1．什么是吸附分離？答：吸附是化工生產(chǎn)中對(duì)流體混合物進(jìn)行分離的一種方式。是利用混合物中各組分在多孔性固體吸附劑中被吸附力的不同，使其中的一種或數(shù)種組分被吸附于吸附劑表面上，從而達(dá)到分離的目的。根據(jù)吸附劑表面和被吸附物質(zhì)之間作用力的不同，可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類(lèi)型。2．什么是變壓吸附？ 答：變壓吸附簡(jiǎn)稱PSA，是對(duì)氣體混合物進(jìn)行提純的工藝過(guò)程，該工藝是以多孔性固體物質(zhì)（吸附劑）內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)，在兩種壓力狀態(tài)之間工作的可逆的物理吸附過(guò)程，它是根據(jù)混合氣體中雜質(zhì)組分在高壓下具有較大的吸附能力，在低壓下又具有較小的吸附能力，而理想的組分H2則無(wú)論是高壓或是低壓都具有較小的吸

2、附能力的原理。在高壓下，增加雜質(zhì)分壓以便將其盡量多的吸附于吸附劑上，從而達(dá)到高的產(chǎn)品純度。吸附劑的解吸或再生在低壓下進(jìn)行，盡量減少吸附劑上雜質(zhì)的殘余量，以便于在下個(gè)循環(huán)再次吸附雜質(zhì)。 3．何謂PSA的氫回收率？怎樣計(jì)算氫回收率？ 答：回收率是變壓吸附裝置主要考核指標(biāo)之一，它的定義是從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品中被回收氫組分絕對(duì)量占進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣中氫組分絕對(duì)量的百分比。 計(jì)算方法： 方法一：已知下列條件： （1）?進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣流量（F，Nm3/h） （2）???原料氣中氫組分含量（XF，%） （3）???從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品氫氣流量（P，Nm3/h）（4）??

3、?產(chǎn)品中被回收氫組分的含量（XP，%）被回收組分的回收率（R）為：R=P·XP/(F·XF)×100% 方法二： 已知下列條件： （1）原料氣中氫組分含量（XF，%） （2）產(chǎn)品中被回收氫組分的含量（XP，%） （3）解吸氣中的氫組分含量（XW，%）被回收組分的回收率（R）為： R=XP（XF—XW）/XF（XP—XW）×100% 4．采用PSA提純氫氣的工藝有何特點(diǎn)？ 答：（1）?產(chǎn)品氫純度高，可達(dá)99.9%以上。（2）?工藝流程短，自動(dòng)化程度高、可靠性和靈活性好，開(kāi)停車(chē)方便。（3）?動(dòng)設(shè)備減少，消耗低，易于管理與維修。（4）?由于排放的廢氣可作為轉(zhuǎn)化爐的燃料使用，可降低生產(chǎn)

4、綜合費(fèi)用。 5．什么樣的混合氣體才能用PSA進(jìn)行分離？ 答：適用于采用PSA進(jìn)行分離的混合氣體應(yīng)具備如下特點(diǎn)：混合氣體中各組分必須是在相同的吸附壓力下具有不同的吸附能力，不希望的組分應(yīng)當(dāng)是在較高的壓力下具有較大的吸附能力，而在較低的壓力下，又具有較小的吸附能力。吸附能力相差越大便越容易分離。而希望的組分應(yīng)當(dāng)是非吸附性的，或吸附能力很小，且隨壓力變化吸附能力變化不大。 6．PSA裝置最常用的吸附劑是什么？它們對(duì)一般氣體的吸附順序如何？ 答：PSA最常用的吸附劑是分子篩和活性炭，通常兩種吸附劑組合使用。分子篩對(duì)一般氣體的吸附順序是：H2＜＜N2＜CH4＜CO＜CO2活性炭對(duì)一般氣體的吸附順

5、序是：H2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2 7．簡(jiǎn)述活性氧化鋁和硅膠在PSA裝置中的作用。 答：活性氧化鋁是一種在物理和化學(xué)上都很穩(wěn)定的高純度多孔氧化鋁，其特點(diǎn)是耐磨，對(duì)所有腐蝕性氣體和液體都是惰性的，并且有極好的熱穩(wěn)定性。在PSA工藝上活性氧化鋁可作為一種輔助的吸附劑裝填在吸附劑的底部，首先接觸進(jìn)料用于脫除進(jìn)料中的水蒸汽和芳烴。硅膠是一種無(wú)定型二氧化硅，呈化學(xué)惰性無(wú)腐蝕的特點(diǎn)，在PSA工藝上一般是裝填在吸附器的底部用來(lái)凈化重?zé)N類(lèi)和酸性氣。 8．為什么說(shuō)PSA運(yùn)行效果的好壞關(guān)鍵是吸附劑？ 答：PSA工藝是以吸附劑內(nèi)部表面對(duì)氣體分子的物理吸附為基礎(chǔ)的可逆的循環(huán)工藝過(guò)程，而實(shí)現(xiàn)這一循環(huán)工藝過(guò)

6、程，最基本要求就是吸附劑具有良好的吸附性能，再生性能以及具有較長(zhǎng)的使用壽命。但在裝置運(yùn)行過(guò)程中，吸附劑極易受到如進(jìn)料帶水，升降壓速度過(guò)快，雜質(zhì)過(guò)載等多種因素的損害，從而使吸附劑失去上述性能，由此導(dǎo)致PSA裝置失去對(duì)PSA原料氣的提純作用，所以說(shuō)PSA裝置運(yùn)行效果的好壞的關(guān)鍵是保護(hù)好吸附劑。 9．分子篩和活性炭吸附性能的比較。 答：活性炭對(duì)二氧化碳的吸附能力很大，而且吸附量隨壓力的升降變化十分明顯，是二氧化碳的良好的吸附劑，分子篩則不然，它在低壓下就大量吸附二氧化碳，而且隨壓力升高吸附量變化不明顯，在低壓下脫附困難，故不能作二氧化碳的吸附劑。活性炭和分子篩都可用作一氧化碳的吸附劑，活性炭的高

7、壓吸附量比分子篩的大，低壓脫附容易，但是分子篩的吸附能力更強(qiáng)，適用于要求產(chǎn)品中一氧化碳很低的情況。分子篩和活性炭都適于在PSA中吸附甲烷，它們?cè)趬毫ψ兓认嗤瑫r(shí)，平衡吸附量的變化基本相同，而分子篩對(duì)甲烷的吸附能力更強(qiáng)。 10．新鮮的吸附劑應(yīng)如何保存？ 答：由于新鮮的吸附劑對(duì)水分子有很強(qiáng)的親合力，而且吸附了水以后脫附是很困難的，這將嚴(yán)重影響PSA裝置的性能，所以新鮮的吸附劑應(yīng)妥善保管好，應(yīng)采取以下幾點(diǎn)防護(hù)措施：（1）?吸附劑的容器應(yīng)當(dāng)保存在室內(nèi)，以防止遭受雨水或受潮。（2）?裝有吸附劑的桶不可以刺破，嚴(yán)重撞凹或破壞桶的密封。（3）?吸附劑直到被立即裝填以前，其容器必須是不開(kāi)封的。 11．

8、吸附劑是怎樣裝填的？ 答：提純回收氫氣的PSA所用的吸附劑通常是由活性炭和分子篩兩種的組合。根據(jù)活性炭和分子篩對(duì)雜質(zhì)組分二氧化碳、甲烷、一氧化碳和水的不同吸附特性，一般活性炭做為主吸附劑裝在下層，約占吸附劑總量的四分之三。分子篩作為輔助吸附劑裝在吸附器上層。如果為了脫水和防止芳烴使吸附劑中毒，通常在床層底部裝一些活性氧化鋁。吸附劑的裝填步驟及要求：（1）檢查吸附器內(nèi)部結(jié)構(gòu)合格后，首先裝入活性炭。將活性炭從容器中傾入卸料漏斗，提升到吸附器頂部后轉(zhuǎn)移到接收漏斗中，吸附劑通過(guò)管子流到連接的裝填元件上，通過(guò)裝填元件，吸附劑均勻地降落在吸附劑床層的表面上，這樣吸附劑才能獲得均勻一致的最大的堆積密度，并

9、且使吸附劑的下沉和移動(dòng)最小。（2）活性炭裝填完畢后，應(yīng)平整料面，使床層基本水平。然后按同樣的裝填方法裝入分子篩。裝填完畢后，平整料面，使吸附劑床層的頂部水平。裝好吸附器頂部分布器，封好吸附器上、下打開(kāi)的法蘭。（3）通過(guò)同樣的方法裝填全部吸附器，以使經(jīng)過(guò)每個(gè)吸附器的氣體流量均勻一致。（4）在所有吸附劑裝填操作期間，必須最大限度地縮短吸附劑在空氣中的暴露時(shí)間，絕對(duì)防止暴露在濕氣中。在下雨期間絕對(duì)不許裝填。 12．怎樣延長(zhǎng)吸附劑的壽命？ 答：（1）吸附劑壓力的快速變化能引起吸附劑床層的松動(dòng)或壓碎從而危害吸附劑。所以，在操作過(guò)程中要防止使吸附器的壓力發(fā)生快速變化。（2）進(jìn)料帶水是危害吸附劑使用壽命

10、的一大因素，所以進(jìn)料氣要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格脫水，避免發(fā)生液體夾帶。（3）進(jìn)料組分不在設(shè)計(jì)規(guī)格的范圍內(nèi)也會(huì)造成對(duì)吸附劑的損害，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致吸附劑永久性的損壞。所以，當(dāng)進(jìn)料氣出現(xiàn)高的雜質(zhì)濃度時(shí)，應(yīng)縮短吸附時(shí)間，以防止雜質(zhì)超載。（4）進(jìn)料溫度過(guò)高影響吸附劑的吸附能力，易造成雜質(zhì)超載，溫度過(guò)低影響再生，所以要保證進(jìn)料溫度在要求的范圍內(nèi)。（5）合理調(diào)整吸附時(shí)間，及時(shí)處理故障報(bào)警，防止發(fā)生雜質(zhì)超載。雜質(zhì)超載嚴(yán)重時(shí)，可導(dǎo)致吸附劑永久性損壞。 13．簡(jiǎn)述吸附劑對(duì)水的吸附性能。 答：分子篩對(duì)大小相近的分子，優(yōu)先吸附極性分子，尤其是水分子，分子篩一旦吸附了水分子后，對(duì)其它分子的吸附能力明顯下降，而且難于脫附，所以如果

11、進(jìn)料中帶水易造成分子篩的致命損害。 活性炭對(duì)水分子的吸附能力很答，而且容易脫附，所以在PSA中總是將活性炭置于分子篩的下面，使進(jìn)料中的微量水和絕大多數(shù)的二氧化碳被吸附分離。 14．吸附劑吸潮后如何處理方可使用？ 答：吸附劑一旦吸潮后即失去活性，通常變壓吸附工業(yè)裝置要求分子篩含水量須小于1%，活性炭含水量須小于2%，否則會(huì)影響吸附的性能需重新活化。分子篩活化在通氣吹除的情況下活化溫度控制在360℃左右，不通氣情況下活化溫度控制在500℃左右，活性炭活化溫度控制在150℃左右。活化時(shí)間通?？刂坪銣貢r(shí)間4小時(shí)以上。吸附劑吸潮后由于使用廠家一般不具備活化的條件，故都送到吸附劑生產(chǎn)廠家去活化。

12、15．PSA進(jìn)料中為什么要充分脫水？怎樣防止進(jìn)料帶水？ 答：由吸附劑對(duì)水的吸附性能可知，吸附劑極易吸水，而且脫附困難，同時(shí)吸附劑吸水之后，對(duì)其它分子的吸附能力下降。所以必須對(duì)進(jìn)料氣進(jìn)行嚴(yán)格脫水，以防止損害吸附劑。 為了防止進(jìn)料帶水，通常在進(jìn)料線上增設(shè)進(jìn)料氣水分離器，同時(shí)，為防止冬季飽和氣體在管線中發(fā)生冷凝，可視情況將水分離罐后的PSA進(jìn)料管線進(jìn)行伴熱或保溫。 16．吸附劑在使用中受潮引起性能下降如何處理？ 答：吸附劑在使用中受潮如果不是很?chē)?yán)重，可以用干燥的氣體進(jìn)行吹除或用抽真空方式抽吸，降低水的分壓，使吸附劑恢復(fù)部分活性，維持生產(chǎn)使用，但吸附性能難以恢復(fù)如初。如果受潮嚴(yán)重只有按照吸附劑

13、活化處理辦法重新活化。 17．吸附器充分吸附雜質(zhì)后，各雜質(zhì)在吸附劑上如何分布？為什么？ 答：當(dāng)吸附器充分地吸附了雜質(zhì)以后，雜質(zhì)界面最前沿為氮?dú)?、一氧化碳，其次是甲烷，再次是二氧化碳，最底層是微量的水? 雜質(zhì)在吸附劑中的分布規(guī)律與吸附劑對(duì)各雜質(zhì)組分的吸附能力以及吸附劑的分布狀況有關(guān)。在吸附器中，活性炭作為主要的吸附劑裝填在下部，分子篩作為輔助吸附劑裝填在上部。進(jìn)料氣由吸附器底部進(jìn)入床層，首先接觸活性炭，而活性炭對(duì)雜質(zhì)的吸附能力的大小次序?yàn)椋篐2＜＜N2＜CO＜CH4＜CO2＜H2O，所以吸附過(guò)程H2O、CO2、CH4、CO、N2被依次吸附下來(lái)。剩余的雜質(zhì)N2又被上部分子篩吸附，從而獲得高純

14、度的氫氣。 18．在PSA工藝中，對(duì)進(jìn)料氣中的高級(jí)烴含量有何限制？為什么？如何解決進(jìn)料氣中高級(jí)烴含量多的問(wèn)題？ 答：當(dāng)PSA工藝被用于直接從煉油廠尾氣中回收氫氣時(shí)，就出現(xiàn)了對(duì)進(jìn)料氣中高級(jí)烴含量限制的問(wèn)題。這是因?yàn)榇蠓肿訜N類(lèi)吸附在吸附劑上容易液化，降壓脫附時(shí)難于完全脫附出去，久而久之會(huì)使吸附劑的吸附能力下降，因此要限制PSA進(jìn)料氣中大分子高級(jí)烴的含量，一般要求高于碳三的烴類(lèi)總含量不能大于1.0%。 當(dāng)PSA進(jìn)料氣中碳三以上烴類(lèi)含量較高時(shí)，不能直接進(jìn)變壓吸附，需要在前面增加設(shè)備，有的先用變溫吸附脫除碳三以上的重?zé)N，然后再進(jìn)PSA單元。 19．簡(jiǎn)述均壓過(guò)程和意義。 答：被吹掃后的吸附器內(nèi)吸

15、附劑再生完成，但吸附器內(nèi)壓力很低，與進(jìn)料壓力的壓差太大，不能直接進(jìn)行吸附，需要先升壓。而完成吸附步驟的吸附器壓力較高，同時(shí)吸附劑顆粒之間，存留一部分氫氣應(yīng)當(dāng)回收。均壓過(guò)程即是吸附之后的高壓吸附器與再生之后的低壓吸附器進(jìn)行壓力均衡，高壓吸附器內(nèi)部的氫氣流入低壓吸附器。均壓過(guò)程重，高壓吸附器壓力降低，部分雜質(zhì)脫附，并隨物流上移，又被上部吸附劑重新吸附，故雜質(zhì)界面上移。 所以均壓過(guò)程使得再生后低壓吸附器的壓力升高，并充分利用高壓吸附器內(nèi)部存留氫氣，提高氫回收率。 20．為什么順流卸壓過(guò)程中吸附器內(nèi)的雜質(zhì)界面上移？ 答：變壓吸附是物理吸附，壓力降低時(shí)，被吸附的雜質(zhì)可以脫附，所以當(dāng)吸附器順流卸壓時(shí)

16、，隨著壓力的降低，部分雜質(zhì)逐漸脫附，并隨著物流上移，同時(shí)又被床層上部尚未吸附雜質(zhì)的吸附劑重新吸附下來(lái)。因而順流卸壓過(guò)程中吸附器內(nèi)雜質(zhì)界面逐漸上移。 21．簡(jiǎn)述排放和被吹掃過(guò)程及其作用。 答：排放是吸附器從供吹掃終止壓力下降到廢氣壓力的逆流卸壓過(guò)程，排放位置在吸附器底部，隨著壓力的不斷降低，雜質(zhì)不斷脫附并排入廢氣系統(tǒng)，雜質(zhì)前沿界面逐漸下移，所以排放過(guò)程使吸附器內(nèi)大部分雜質(zhì)脫附排出。排放結(jié)束，用供吹掃吸附器提供的純氫從上部進(jìn)入進(jìn)行逆流吹掃，使殘留雜質(zhì)不斷脫附并隨物流排入廢氣系統(tǒng)，從而使絕大多數(shù)的吸附劑實(shí)現(xiàn)再生。 所以，排放和被吹掃的作用就是排除吸附器內(nèi)的雜質(zhì)，使吸附劑實(shí)現(xiàn)再生。 22．廢氣

17、緩沖罐又什么作用？ 答：PSA運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢氣，其壓力、流量和組成都發(fā)生周期性的變化。而作為轉(zhuǎn)化爐的燃料氣應(yīng)當(dāng)具有穩(wěn)定的壓力、流量和熱值，故PSA裝置設(shè)置了廢氣緩沖罐，其作用就是為轉(zhuǎn)化爐提供流量、壓力和組成接近均勻一致的燃料氣。 23．進(jìn)料組成變化對(duì)PSA有何影響？ 答：進(jìn)料中氫含量增加時(shí)，產(chǎn)氫量何氫收率提高。當(dāng)氫含量低于設(shè)計(jì)值時(shí)，進(jìn)料中雜質(zhì)增加，產(chǎn)氫量和氫收率降低。如進(jìn)料中雜質(zhì)濃度增高而未能及時(shí)縮短吸附時(shí)間（或者降低進(jìn)料流量），則能造成雜質(zhì)超載，使產(chǎn)品純度下降，影響PSA的操作性能。 24．進(jìn)料流速變化對(duì)PSA有何影響？ 答：進(jìn)料流速降低時(shí)，因減少了傳質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度而改善了分離效果，應(yīng)延長(zhǎng)吸附時(shí)間以充分利用吸附劑，獲得較高的氫收率。當(dāng)進(jìn)料流速提高時(shí)，加長(zhǎng)了傳質(zhì)區(qū)的長(zhǎng)度，分離效果變壞，應(yīng)縮短吸附時(shí)間，保證產(chǎn)品純度，保護(hù)吸附劑，雖然氫收率下降（活產(chǎn)品純度下降），但因處理量增加產(chǎn)氫量還是提高了。