變壓吸附法凈化氫氣分析

孫濤++張厚智++孫蘭強

摘 要：變壓吸附法簡稱PSA，這種方法可以有效將粗氫中的一氧化碳、二氧化碳等雜質進行有效的吸附出來，從而能夠生產純凈的氫氣。變壓吸附法的特點就是操作簡便，對溫度沒有太大要求，而且在凈化的時候不會對環境產生污染。所以本篇文章就對變壓吸附法凈化氫氣進行研究分析。希望這種技術在未來會有更大發展空間。

關鍵詞：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在正在蓬勃發展的一項技術，它在越來越多的方面得到應用。變壓吸附法是一項復雜的技術，在進行氣體凈化的時候用到的是物理方法，在能夠凈化多種氣體的同時還能保證被凈化氣體的純凈度，所以變壓吸附法是現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和內部密度，所以密度不同的物體進行接觸的時候，密度較高的物體就會將密度較低的物體吸附過來。所以能夠吸附其他物質的物體叫做吸附劑。吸附劑能夠吸附其他物品是因為它表面的自由能較高，只有吸附其他物質來降低自身的自由能，從而達到一個平衡的表面環境。利用這個原理就可以用吸附劑對氣體進行凈化作用.吸附有化學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之間的內部力進行一個自主吸附的過程。而化學方法就是通過化學反應將不同的物質進行緊緊的吸附在一起。物理吸附是物體之間自主發生的吸附，所以這種吸附可以通過改變環境可以逆向進行。而化學吸附通過化學反應進行吸附，改變了物體內部的結構，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，它的特點就是對吸附劑的使用較少，并且能夠很好的對吸附劑進行利用，反應的速度非常快。所以這種方法應用的最廣泛。

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物質進行吸附。變壓吸附法在應用的時候，通過高壓力將氣體中的雜質物體都吸附起來，然后再在低壓的環境下將吸附的雜質進行氣解處理，從而根據不同的壓力條件來獲取不同的氣體。變壓吸附有兩個特點，第一，吸附劑對不同物質的吸附能力不同。第二，壓力與吸附劑的吸附能力有關。通過第一個特點，我們可以設置一定的壓力對氫氣進行凈化處理，從而得到純凈的氫氣。利用第二個特點，我們可以增大壓力提高吸附劑的利用率，然后將吸附雜質以后的吸附劑移動到低壓環境之中，進行氣解處理，使吸附劑可以循環利用。在選取吸附劑的時候一定要選取吸附能力強和吸附容量多的吸附劑，這樣才能更快的進行吸附和氣解，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。因為活性Al2O3具有你親水性，所以可以用來除去氫氣中的水分子。而硅膠不但對水具有很好的吸附作用，對二氧化碳也能進行很好的吸附。活性炭主要是能夠吸附有機分子。最近幾年由于對技術的改革，研發出來有機高聚酯樹脂材料，這種材料的缺點就是吸附量較少，機械性能差，所以現在應用的還不是很廣泛。因為不同的吸附劑對雜質的吸附能力不同，所以要根據不同的雜質以及吸附要求對吸附劑進行選用。對于難以吸附的物質就要選用強力吸附劑，而對于極易吸附的物質就可以選用吸附能力弱的吸附劑，這樣就可以對吸附劑進行合理配比，增強吸附效果。

3.2 變壓吸附過程

吸附是在吸附床上進行的，因為考慮到對吸附劑的循環利用，所以吸附過程是間歇進行的。伴隨著吸附過程的進行，逐漸達到了吸附的平衡。這整個過程包括吸附過程、均壓降壓過程、順放過程、逆放過程、沖洗過程、均壓升壓過程和產品氣升壓過程。吸附過程：粗氫進入吸附床，不同的雜質被不同的吸附劑所吸附，氫氣逐漸運行帶吸附床的出口時，吸附過程結束；均壓降壓過程：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行回收；順放過程：順著沖洗床的方向進行減壓，然后將減出來的氫氣回收利用；逆放過程：順放結束以后，逆著方向將壓力逐漸恢復正常值，這個過程也是解吸吸附劑的過程；沖洗過程：因為雜質在吸附劑里邊殘留，所以要繼續降低壓力，將雜質繼續排除出來，完成對吸附劑的清洗；均壓升壓過程：與均壓降壓過程相反，均壓升壓就是對吸附床進行升壓處理，同時回收未被吸附雜質的氫氣；產品氣升壓過程：用凈化干凈的氫氣來提升吸附床的壓力，以此來達到持續工作的要求。

3.3 變壓吸附法的發展及應用

變壓吸附法是一種凈化氣體雜質十分有效的辦法[2]，我國通過不斷的研究，已經對變壓吸附法有了獨到的見解，并且將變壓吸附法應用到飾品、化工、農業、國防等等不同的領域。我國早在72年就開始了對變壓吸附法的研究，82年制造了第一套變壓吸附的工業裝置。隨著研究的不斷深入，中國已經具有世界頂尖水平，變壓吸附法應用的領域也在不斷擴大。現在工業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操作的要求比較低，壓力損失的較大，又因為裝置簡單，循環周期比較快，所以得到的產品精度不高，凈化的效率也不高，所以這種方法只能是小范圍內使用。速度分離型的吸附速度非常快，能夠在很短的時間內完成吸附工作。這種方式的原理就是利用不同氣體分子在吸附劑中擴散速度快慢來完成的，活性炭吸附劑就是運用的這種原理。

4 變壓吸附法凈化氫氣注意的問題

因為在氣解的過程中會有雜質的殘留，所以一定添加余量，并且一定要控制均壓和順放的速度，防止壓力變化過快對吸附劑造成破壞。在裝填吸附劑的時候一定要將吸附劑裝填密實均勻。在進行沖洗的過程中盡量將吸附劑沖洗干凈。對于難以吸附的物質，可以提前對其進行處理，使吸附過程中便于吸附。在進行氫氣精華的過程中選擇好的程控閥門也是很有必要的。因為選用的吸附劑都對水有很好的吸附作用，所以在凈化的時候一定要防止水對凈化結果的影響。

5 結束語

變壓吸附法能夠很好的對氫氣進行凈化作用，通過對吸附劑的合理選用可以很好的將氫氣之中的雜質凈化干凈，得到純凈的氫氣。當然，在進行變壓吸附法凈化氫氣的過程中還有許多問題需要注意。如果出現問題不能很好的處理就會很影響凈化氫氣的濃度和工作效率。隨著科技的發展，變壓吸附法也會更加成熟，肯定會在更多的領域運用。

參考文獻：

[1]陳驚波. 變壓吸附法凈化氫氣的研究[D].南京工業大學，2005.

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