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1、变压吸附法吸附操作的设计(7)铃木谦一郎,。最近利用变压吸附法(PSA)精制氢的装置正受到人们的注意特别是根据美国联合,碳化物公司(UCC)提出的专利制作的PSA装置已取得了许多实际经验该装置原则上是,。由切换时间为几分钟的多塔式吸附塔组成其内部设置有氢回收段因该过程要和制氢工厂,。,配合使用是否经济就要取决于氢的回收率在高压下能够降低再生用氢量因此使用的压力范围可选用14~25’公斤/厘米“,为过去PSA装置所2一4倍,塔减压时放出的用压力的,。。氢还可以回收用于使其他塔升压这种回收氢的过程也可以分为4~10段进行另,,外为避免使产品氢作为再生冲洗
2、气而被消耗重点应放在将氢回收过程终了后的残。。〔`’,余气体有效地用作再生气方面图1表示典型的工艺流程在Doshi等人的论文中相当,。详细地报导了多塔体系的最佳化设计这里仅介绍其中的一部分一、吸附剂量:氢的回收率可用下式表示R一一(丝`1)一F(1一y,;):R回收一,式中率〔〕—;H纯氢量〔公斤分子〕F—原料气量〔公斤分子〕;y;;—氢中的吸附组分〔公斤分子]—。。此数值是产品气体量和原料气体中的氢量的比吸附剂用量可用下式求得,;-w二Fy且一一△q。:,式中W吸附剂量L公斤二F—原料气量〔公斤〕;y,,—吸附组分百分数〔一〕;L△q0—。吸附量i
3、(组分高压时吸附量与减低压时的吸附量之差)由(1)式—和(2)式得:一二_一工止-一了、一互卫一y:F上H(1)入R/△互:床层尺寸因子(BS)F定义如下BSF=竺了上、Pb、HZ:将3式代入式4可得_一SF=一一儿色一-r哎1一yIF(令)(责)(会):p、,式中充填密度R·—回收率。—。BSF计算式可用制得高纯氢所用吸附剂量(立方英尺/克分子产品气)来表示二、再生冲洗量,:,如选用吸附床出口的物料平衡数据则可得出下式Fy,,=场一,L(6):F,式中处理气体量〔公斤分子〕L—低压气体量〔公斤分子〕,y,,—,处理气体吸附组分的浓度,:—-。y解吸
4、的低压气体组分的浓度。一,假定E为富集度则。E一y;Ly,,/(7)将(6)式代入(7)式-=支止旦=互卫应:二(8)FyE,L,。,。当y取最大值时解吸气体的量L(公斤分子)为最小此时氢量达到最大值P,D,设L表示冲洗排气量(公斤分子)L表示减压排放气量(公斤分子)则L,D二L+L(9),,假定上式中L一。将(9)式代入(8)式则一一互互二一工。(10)FE,,现在若假定冲洗用的氢是受解吸的低压气体中氢浓度所支配的通过(6)式和(10)式:可求得下式·卫一LPyz;:;,二LP(1一丁i:)11():一,式中P一冲洗用氢量yn:;,冲洗排气中氢的克
5、分子分数,y,,—。冲洗气中的解吸组分浓度(克分子分数)、—由(6)(10)和(11)式可得:P1=一iy’(12)了厄万,,。由此可知再生气体的消耗率尽值可通过提高解吸组分量而获得极小值式中P/F-尸。冲洗气中氢量(公斤分子)/原料气体量(公斤分子),。这里氢回收率与P/F的关系如下(假定减压损失气量L可忽略不计)一40~夭然气化工1她。年一第6期。,P了l、J、二二1.竺了一吸.(13)—厂、1一yi,,,将(12)式代入(13)式则一。/二1、/1、爪一龟i一l{l(14)。、—E/1一yi,/。,。,使E为最大值时氢的收率为最高值另外—当减
6、压的解吸气体不可忽略时协可加上。。一个校正因子D修正Pl。~一一二石iF。不--一y一曰(15).尸乙,则nE(富集度)可用(7)式算出故假定ysL=ysPP=比一y`,兽(16)FyiPalon根据道尔顿(Dt)定律Py二(17)—北将(17)式代入(16)式_二,__卫_f卫二丫、_18)一石-一JIF(万一、n一声、一尹r厂玉PI7tF/,,,,,,,此时设P一P即原料气体中吸附组分i的分压等于解吸再生气中该组分的分压则。P流_孟啥护一_不不一一一一_J二F亡20)r—兀F式中:二,,冲洗压力。戒,—氢的压力.—,,二根据(20)式可知再生
7、气体的比率是随着氢压力(升)的提高而减少的这样氢的回收。。,、。率就增加了美国联合碳化物公司(UCC)流程的说明示于图2另外四塔的周期程序一41一,一:在设计装聋时从上述公式可获得下述的结论1。.切换时间,,,若缩短切换时间就可以减少吸附剂用量从而能降低吸附塔的费用但相当于吸附带,。,宽度的部分并未改变所以降低幅度是有限度的另外塔顶部空irJ和管路中的气压损失也。会增大,,,。切换时间小于6分钟时由于减压氢作为冲洗气不能有效利用致使氢回收率降低,,。,切换时间大于6分钟时氢回收率达最高值该数值可由(13)式算出若周期过长虽然有,,。提高氢回收率的优点
8、但要大幅度增加吸附塔尺寸从而抵消了上述优点.2吸附压力,,对于变压吸附操作希望用较高压力的理由是考虑到可达到
